バーンサイド問題

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代数的構造 → 群論 群論
基本概念 部分群 正規部分群 商群 （半）直積 群準同型 核 像 直和 リース積 単純 有限 無限（英語版） 連続 乗法 加法 巡回 アーベル 二面体 冪零 可解 群論の用語 群論のトピックス一覧
有限群 有限単純群の分類 巡回 交代 リー型（英語版） 散在（英語版） コーシーの定理 ラグランジュの定理 シローの定理 ホールの定理 p 群 基本アーベル群 フロベニウス群（英語版） シューア multiplier（英語版） 対称群 Sn クラインの四元群 V 二面体群 Dn 四元数群 Q8 二重巡回群 Dicn
離散群 格子 整数 (Z) 格子 モジュラー群 PSL(2, Z) SL(2, Z)
位相 / リー群 ソレノイド（英語版） 円周 一般線型 GL(n) 特殊線型 SL(n) 直交 O(n) ユークリッド E(n) 特殊直交 SO(n) ユニタリ U(n) 特殊ユニタリ SU(n) 斜交 Sp(n) G2（英語版） F4（英語版） E6（英語版） E7（英語版） E8 ローレンツ ポアンカレ 共形（英語版） 微分同相 ループ（英語版） 無限次元リー群（英語版） O(∞) SU(∞) Sp(∞)
代数群 楕円曲線 線型代数群 アーベル多様体

バーンサイド問題（英: Burnside problem）は、1902年にウィリアム・バーンサイドによってもたらされた、群論における最も古い影響力のある問題のひとつであり、どの元も有限位数を持つような有限生成群は必ず有限群となるか否かを問うものである。エフゲニー・ゴロド（英語版）とイゴール・シャハレビッチ（英語版）は1964年に反例を与えた。この問題は、群の元の位数に関する追加条件によって、様々な変種を持つ（後述の有界と制限を見よ）。

初期の研究はいずれも、問題の肯定的解決を期待させるものであった。

例えば、exponentが4であるような有限生成群は必ず有限群となる。Alexei Kostrikin（英語版）は1958年、与えられた個数の生成元をもち、exponentが与えられた素数であるような有限群について位数最大のものが存在する事を証明し、制限されたバーンサイド問題の部分的解決に成功した。（その後、1989年にEfim Zelmanov（英語版）によって、制限されたバーンサイド問題は完全に(肯定的に)解決された。）シューアは1911年、任意の有限生成なねじれ群であって、複素数体上の一般線型群の部分群と同型であるような群は有限群である事を示した。この事実は、彼がJordan–Schurの定理（英語版）を証明する際に用いられた。^[1]

これらの研究から得られる直感に反し、バーンサイド問題は否定的に解決された。

1964年、Golod（英語版）とシャハレビッチは元の位数が有界にはならないものの、どの元も有限位数を持ち有限生成であるような無限群（オリジナルのバーンサイド問題の反例）を構成した（Golod–Shafarevich theorem（英語版）も参照せよ）。1968年には、Pyotr Novikov（英語版）と Sergei Adian（英語版）が、4381以上の任意の奇数について、その数がexponentとなり、かつ有界バーンサイド問題の反例となるような群を与えた。その後1982年にはA. Yu. Ol'shanskiiが幾何学的なアイデアに基づき、（10¹⁰よりも）十分に大きい任意の奇数について、その数がexponentとなり、かつ有界バーンサイド問題の反例となるような群を発見し、比較的容易な証明を与えた。

exponentが偶数になるような群についてはより難しい。S. V. Ivanovは1992年に、十分に大きい2の冪を約数にもつ十分に大きい偶数について、その数がexponentとなる場合の有界バーンサイド問題を否定的に解決したと発表した（詳細な証明は1994年に発表され、およそ300ページに及んだ）。後年のOl'shanskiiとIvanovの共同研究によって、exponentが十分に大きいという仮定のもとで、双曲群（英語版）におけるバーンサイド問題が否定的に解決された。一方で、exponentが2,3,4,6以外の小さい数の場合については、現在も未解決である。

1. ^ Curtis, Charles; Reiner, Irving (1962). Representation Theory of Finite Groups and Associated Algebras. John Wiley & Sons. pp. 256–262 

• S. I. Adian (1979) The Burnside problem and identities in groups. Translated from the Russian by John Lennox and James Wiegold. Ergebnisse der Mathematik und ihrer Grenzgebiete [Results in Mathematics and Related Areas], 95. Springer-Verlag, Berlin-New York. ISBN 3-540-08728-1.
• S. V. Ivanov (1994) "The free Burnside groups of sufficiently large exponents," Internat. J. Algebra Comput. 4.
• S. V. Ivanov, A. Yu. Ol'shanskii (1996) "Hyperbolic groups and their quotients of bounded exponents," Trans. Amer. Math. Soc. 348: 2091–2138.
• A. I. Kostrikin (1990) Around Burnside. Translated from the Russian and with a preface by James Wiegold. Ergebnisse der Mathematik und ihrer Grenzgebiete (3) [Results in Mathematics and Related Areas (3)], 20. Springer-Verlag, Berlin. ISBN 3-540-50602-0.
• I. G. Lysënok (1996). “Infinite Burnside groups of even exponent” (Russian). Izv. Ross. Akad. Nauk Ser. Mat. 60 (3): 3–224. doi:10.4213/im77. http://mi.mathnet.ru/izv77.  Translation in Lysënok, I. G. (1996). “Infinite Burnside groups of even exponent”. Izv. Math. 60 (3): 453–654. doi:10.1070/IM1996v060n03ABEH000077. 
• A. Yu. Ol'shanskii (1989) Geometry of defining relations in groups. Translated from the 1989 Russian original by Yu. A. Bakhturin (1991) Mathematics and its Applications (Soviet Series), 70. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers Group. ISBN 0-7923-1394-1.
• E. Zelmanov (1990). “Solution of the restricted Burnside problem for groups of odd exponent” (Russian). Izv. Akad. Nauk SSSR. Ser. Mat. 54 (1): 42–59, 221. http://mi.mathnet.ru/eng/izv1104.  Translation in Zel'manov, E I (1991). “Solution of the Restricted Burnside Problem for Groups of Odd Exponent”. Math. USSR-Izv. 36 (1): 41–60. doi:10.1070/IM1991v036n01ABEH001946. 
• E. Zelmanov (1991). “Solution of the restricted Burnside problem for 2-groups” (Russian). Mat. Sb. 182 (4): 568–592. http://mi.mathnet.ru/eng/msb1311.  Translation in Zel'manov, E I (1992). “A Solution of the Restricted Burnside Problem for 2-groups”. Math. USSR-Sb 72 (2): 543–565. doi:10.1070/SM1992v072n02ABEH001272. 

• History of the Burnside problem at MacTutor History of Mathematics archive