离散数学第十三十四章 半群与群环与域.

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离散数学 群与半群

离散数学  群与半群

1 2 显然,a是<{a,a2,a3,…},⊙>的生成元。
2 给定群<G,⊙>,若G是有限集,则称<G,⊙>是有限群。
1
<T,○,e >是独异点,则<S×T,,<e , 假若群<G,⊙>为有限群,其子群是<H,⊙>,且|G|=n,|H|=m,则G的对于H的左陪集划分可表为G=a1H∪a2H∪···∪akH,其中k为不
为置换中的反置换,记为p-1。特别把置换
பைடு நூலகம்
x1 x1
x2 x2
xxnn称 为 X 中 的 幺 置 换 或
恒等置换,记为pe。
此外,用PX表示集合X中的所有置换的集 合。
为了说明n个元素的集合可以有多少不同的 置换,特给出如下定理:
定 理 7.5.1 若 X={x1 , x2 , … , xn} , 则 |PX|=n!
在正式讨论置换群以前,需要先作些 必要的准备。
定义7.5.1 令X是非空有穷集合,从X到X的 双射,称为集合X中的置换,并称|X|为置换的 阶。
若X={x1,x2,…,xn},则n阶置换表为
pp(xx11)
x2 p(x2)
xn p(xn)
并称
p(x1)
x1
p(x2) x2
p(xn)
xn
定义7.2.1 给定两个半群<S,⊙>与<T, ○>,则
半群<S,⊙>半群<T, ○>:=(f)(f∈TS∧(x)( y)(x, y∈S→f(x⊙y)=f(x) f(y))
并称f为从<S,⊙>到<T,○>的半群同态 映射。
由定义可以知道,半群同态映射f可以不是 唯一的。

代数,半群,群,环,域的定义

代数,半群,群,环,域的定义

代数,半群,群,环,域的定义代数是一门研究数学结构和运算规则的学科。

它研究的对象可以是数字、符号、函数、向量等,通过定义运算规则和结构特征,来研究其性质和相互关系。

在代数中,有一些基本的数学结构,包括半群、群、环和域。

半群是代数中最基本的结构之一。

它由一个集合和一个二元运算组成,这个二元运算满足结合律。

换句话说,对于半群中的任意三个元素a、b和c,(a·b)·c = a·(b·c)。

例如,自然数集合N(包括0)和加法运算构成了一个半群。

因为对于任意三个自然数a、b和c,(a+b)+c = a+(b+c)。

群是半群的扩展,它在满足结合律的基础上,还满足单位元和逆元的存在。

单位元是群中的一个特殊元素,对于群中的任意元素a,有a·e = e·a = a,其中e 是单位元。

逆元是指对于群中的任意元素a,存在一个元素b,使得a·b = b·a = e。

例如,整数集合Z(包括0)和加法运算构成了一个群。

因为对于任意整数a,存在一个整数-b,使得a+(-b) = (-b)+a = 0。

环是一个更加复杂的数学结构,它由一个集合和两个二元运算组成,分别是加法和乘法。

环中的加法满足结合律、交换律和存在零元素的特点。

乘法满足结合律和分配律。

例如,整数集合Z(包括0)和加法、乘法运算构成了一个环。

域是环的进一步扩展,它在满足环的基础上,还满足乘法的逆元存在。

换句话说,对于域中的任意非零元素a,存在一个元素b,使得a·b = b·a = 1。

例如,有理数集合Q(包括0)和加法、乘法运算构成了一个域。

以上是对代数、半群、群、环和域的简要定义。

这些数学结构在代数中扮演着重要的角色,它们的性质和相互关系被广泛应用于数学和其他领域的研究中。

离散数学-群

离散数学-群
同理可证,e ◦ a = a。 所以 e = g-1 是 G 中关于 ◦ 的单位元。 对任意的 a G,令 b = g-1 a-1 g-1,有
a ◦ b = a g (g-1 a-1 g-1) = g-1。 同理可证,b ◦ a = g-1。 所以 G 的每个元素都有逆元。 综上所述,< G; ◦ > 是群。
注:
因为半群 < S; > 中 是可结合的,所以可以定义元素的幂。
对任意 a S,定义
a1 = a,an + 1 = an a (n = 1, 2, …),
并且对于任意正整数 m 和 n,有
am an = am + n,(am)n = amn。
3
定理5-1 设 < S; > 是一个有限的半群,则必有 a S,使得 a 是一个幂等元,即 a a = a 。
第二部分 抽象代数
0
第五章 群
本章在了解了代数系统一般概念的基础上,着重讨论具有一个 二元运算的代数系统,常称为二元代数,包括半群、独异点和 群。半群和独异点在自动机理论、形式语言及程序设计的数学 基础中占有重要的地位,而群是抽象代数中最古老且发展得最 完善的代数系统,在计算机科学中,对于代码的查错和纠错、 自动机理论等各个方面的应用的研究,群是其基础。
代数系统中唯一的单位元常记为 e。 5
在独异点 < S; > 中,也可定义元素的幂:
对任意 a S,有
a0 = e,an + 1 = an a (n = 0, 1, 2, …),
并且对于任意非负整数 m 和 n,有
am an = am + n,(am)n = amn。
设 < S; > 为独异点,则关于运算 的运算表中没有两行或 两列是相同的。

【离散数学】知识点及典型例题整理

【离散数学】知识点及典型例题整理

【半群】G非空,·为G上的二元代数运算,满足结合律。

【群】(非空,封闭,结合律,单位元,逆元)恰有一个元素1适合1·a=a·1=a,恰有一个元素a-1适合a·a-1=a-1·a=1。

【Abel群/交换群】·适合交换律。

可能不只有两个元素适合x2=1【置换】n元置换的全体作成的集合Sn对置换的乘法作成n 次对称群。

【子群】按照G中的乘法运算·,子集H仍是一个群。

单位子群{1}和G称为平凡子群。

【循环群】G可以由它的某元素a生成,即G=(a)。

a所有幂的集合an,n=0,±1,±2,…做成G的一个子群,由a生成的子群。

若G的元数是一个质数,则G必是循环群。

n元循环群(a)中,元素ak是(a)的生成元的充要条件是(n,k)=1。

共有ϕ(n)个。

【三次对称群】{I(12)(13)(23)(123)(132)}【陪集】a,b∈G,若有h∈H,使得a =bh,则称a合同于b(右模H),a≡b(右mod H)。

H有限,则H的任意右陪集aH的元数皆等于H的元数。

任意两个右陪集aH和bH或者相等或者不相交。

求右陪集:H本身是一个;任取a∉H而求aH又得到一个;任取b∉H∪aH而求bH又一个。

G=H∪aH∪bH∪…【正规子群】G中任意g,gH=Hg。

(H=gHg-1对任意g∈G都成立)Lagrange定理G为有限群,则任意子群H的元数整除群G的元数。

1有限群G的元数除以H的元数所得的商,记为(G:H),叫做H在G中的指数,H的指数也就是H的右(左)陪集的个数。

2设G为有限群,元数为n,对任意a∈G,有an=1。

3若H在G中的指数是2,则H必然是G的正规子群。

证明:此时对H的左陪集aH,右陪集Ha,都是G中元去掉H的所余部分。

故Ha=aH。

4G的任意多个子群的交集是G的子群。

并且,G的任意多个正规子群的交集仍是G的正规子群。

5 H是G的子群。

离散数学 半群与含幺半群(独异点)

离散数学 半群与含幺半群(独异点)
例: < R, • >是半群,<{2,4}, •}是否是半群? < (0,1), •>是否是半群?
∵区间 (0,1) R,且•在(0,1)上封闭可结合, ∴< (0,1), •>是<R, •>的子半群
3
定理2:<S,*>是半群,若S是有限集,则必有aS,使a*a=a。
证明:对 bS ∵<S,*>是半群,*在S上封闭,∴b*b S 记 b2=b*b, 则 b2*b=(b*b)*b=b*(b*b)=b*b2 记 b3=b2*b=b*b2 则b3*b=b2*b*b=b*((b*b)*b)=b*(b2*b)=b*b3
主要内容 1 代数系统的基本概念 2 半群与含幺半群(独异点) 3 群(阿贝尔群与循环群) 4 陪集与拉格朗日定理 5 同态与同构 6 环与域
1
定义1:<S,*>是一个代数系统,S为非空集合,*是定义在S上的二元运算:
• *是封闭的, <S,*>称为广群; • *可结合的广群称为半群; • 含有幺元的半群,称为独异点(含幺半群); • * 可交换的半群,称为交换半群。
定义3:<G,*>是群,若G是有限集,称<G,*>是有限群; G中元素的个数称为该有限群的阶数,记为 | G |; 若G无限,则<G,*>称为无限群。
定义4:<G,*>是群,a是G中任意元素,nN,定义元素a的幂为: a,……, an+1 = an * a, 定义:a-n = ( a-1) n (其中a-1是a的逆元)
∴x = b ,即元素 b 必满足 b * b = b
7
作业
• P190 (5)
8

西北工业大学《离散数学》课件-第14章

西北工业大学《离散数学》课件-第14章
{a} {a}{b} {b{}a,b{}a,b} x x ∼x ∼x {a} {a}{b} {b}{a,b{}a,b} {a,b{}a,b} {a} {a} {a} {a} {a.b{}a.b{}b} {b} {a} {a} {a} {a} {b} {b} {b} {b{}a,b{}a,b} {a} {a} {b} {b} {b} {b} {a,b{}a,b}{a,b{}a,{bb}} {b}{a} {a} {a,b{}a,b}
的逆元
12
实例
集合 运算
Z,Q,R 普通加法+ 普通乘法
单位元
0 1
零元 无 0
Mn(R) P(B)
矩阵加法+ 矩阵乘法
并 交 对称差
n阶全0矩阵 n阶单位矩阵
B
无 n阶全0
矩阵
B 无
逆元
x逆元x x逆元x1 (x1给定集合)
X逆元X X的逆元X1 (X可逆)
的逆元为 B的逆元为B X的逆元为X
交与对称差 对可分配 无
10
特异元素:单位元、零元
定义14.7-9 设◦为S上的二元运算, (1) 如果存在el (或er)S,使得对任意 x∈S 都有
el◦x = x (或 x◦er = x), 则称el (或er)是S中关于◦运算的左(或右)单位元. 若e∈S关于◦运算既是左单位元又是右单位元,则称e为S上 关于◦运算的单位元. 单位元也叫做幺元.
2
14.1 代数系统的基本概念
定义14.1 设S为集合,函数f:SSS 称为S上的二元运算, 简称为二元运算.函数 f:S→S 称为S上的一元运算,简 称一元运算. S 中任何元素都可以进行运算,且运算的结果惟一. S 中任何元素的运算结果都属于 S,即 S 对该运算封闭.

离散数学-近世代数-代数结构

离散数学-近世代数-代数结构
添加标题
例:代数系统(N,+,×)。其中+,×分别代表通常数的加法和乘法。
添加标题
是否满足交换律?
添加标题
单位元( 幺元)
一个代数系统(S,*), 若存在一个元素eU,使得对 xS,有:e * x =x * e = x,则称 e 为对于运算“ * ”的单位元,也称幺元 。 注意: 单位元是跟运算有关系的,不同的运算可能单位元是不一样的。
解: 作双射 f:A1A2,f(1)=b, f(2)=d, f(3)=c, f(4)=a
a
b
c
d
a
b
b
b
d
b
a
a
d
b
c
c
b
c
a
d
a
a
c
d
*
1
2
3
4
1
4
1
2
4
2
4
2
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1
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1
2
1
1
设代数系统V1=(A1,*),V2=(A2,º), 其中A1={1,2,3,4}, A2={a,b,c,d}, * 和 º 的运算分别如下表,V1 和 V2 是否同构?
等幂律
设 * 是定义在集合A上的一个二元运算,如果对于任意的xA,都有x * x = x,则称 * 运算是等幂的。 例: S={1,2,4},在集合 p(S) 定义两个二元运算,∩,∪,分别表示集合的“并”运算和集合的“交”运算,∩,∪是等幂的? 解:对于任意的A p(S) ,有A∩A=A;A∪A=A 因此运算∩,∪都满足等幂律。
性质、定理
定理 一个代数系统,其零元若存在,则唯一。 定理 一个代数系统(S,),若集合 A 中元素的个数大于1,且该代数系统存在幺元 e 和零元θ,则θe。 证明:用反证法,设θ=e,则对于任意的xA,必有 x = ex = θx =θ= e, 即对于A中所有元素都是相同的,这与A中含有多个元素相矛盾。

群、环、域的基本概念与性质

群、环、域的基本概念与性质

群的同态与同构
群的同态
设$(G,cdot)$和$(H,*)$是两个群,如果存在一个映射$varphi:Gto H$,使得对于任意两 个元素$a,bin G$,都有$varphi(a*b)=varphi(a)cdotvarphi(b)$,则称$varphi$为从 $(G,cdot)$到$(H,*)$的一个同态映射。
群的同构
如果同态映射$varphi:Gto H$既是单射又是满射,则称$varphi$为从$(G,cdot)$到 $(H,*)$的一个同构映射,此时称群$(G,cdot)$和$(H,*)$是同构的。
同态核
设$varphi:Gto H$是一个同态映射,称集合${ain G|varphi(a)=e_H}$为$varphi$的核, 记作$kervarphi$。其中$e_H$是群$(H,*)$的单位元。同态核是群$(G,cdot)$的一个正规 子群。
感谢观看
域在代数几何中的应用
代数曲线与曲面
域上的多项式环与代数曲线、曲面密切相关, 是代数几何的基本研究对象。
有限域上的代数几何
有限域上的代数几何在密码学、编码理论等领 域有广泛应用。
域扩张与Galois理论
域的扩张与Galois理论是代数几何中的重要工具,可用于研究代数方程的可解 性等问题。
THANKS
子环、理想与商环
子环
设$(S,+,*)$是$(R,+,*)$的子集,若$S$对$+$和$*$也构 成环,则称$(S,+,*)$是$(R,+,*)$的子环。
理想
设$I$是环$R$的子集,若$I$对加法构成阿贝尔群,且对 于任意$rin R$和任意$iin I$,有$r*iin I$和$i*rin I$,则 称$I$是环$R$的理想。
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13.4 群的基本定义
定义13.4.1 给定<G,⊙>,若<G,⊙>是独 异点且每个元素存在逆元,或者说
①⊙是可结合的,②关于⊙存在幺元,③ G
中每个元素关于⊙是可逆的,则称<G,⊙>是群。
可见,群是独异点的特例,或者说,群比独
异点有更强的条件。
例13.4.1 给定<Z,+>和<Q,×>,其中Z和
例14.1.1 <Z,+,· >,<R,+,· >,<Q, +,· >,<E,+,· >和<C,+,· >等都是环。而且
除<E,+,· >外都是拥有加法幺元——数0和乘
法幺元——数1的可交换含幺环。这里Z、R、Q、
E、C分别为整数集合、实数集合、有理数集合、
偶数集合和复数集合,而+和×分别是大家熟悉
定义 环的加法群的幺元或乘法零元称为环 的零元,以0示之。若a∈R,则其加法逆元以-a 表之。
常常又根据环中乘法半群满足不同性质,将
环冠于不同的名称。
定义14.1.2 给定环<R,+,· >,若<R,· >是
可交换半群,则称<R,+,· >是可交换环;若
<R,· >是独异点,则称<R,+,· >是含幺环(即 <R,· >的幺元就称为环的幺元);若<R,· >满足 等幂律,则称<R,+,· >是布尔环。 通常用1表示<R,· >的幺元。在<R,· >中, 若a∈R的逆元存在,则以a-1表示其对于+是可分配的,即:对任意x,y,z∈R,
x ·(y+z) = x ·y + x ·z
(y+z) ·x = y ·x + z ·x
所以加法的幺元(我们用0表示)必是乘法的零
元,故<R,· >有零元。但我们知道,群中一定不 出现零元,因此<R,· >不可能是群,只是一个半 群。
Q分别是整数集合和有理数集合,+和×是一般加
法和乘法。可知<Z,+>是群,0是幺元,每个元
素i∈Z的逆元是-i;<Q,×>不是群,1是幺元,0
无逆元。但<Q-{0},×>便成为群。
这里我们只介绍群的一个重要性质:
定理13.4.1 <G,⊙>是群∧|G|>1<G,⊙>
无零元。
其中|G|表示集合G的基数(势) 证明见p255
的加法和乘法运算。
例 <Mn(R),+,· >是环,其中Mn(R)是n阶实矩
阵的集合,+、· 分别是矩阵加法和乘法。
14.4 域
对于环 <R , + , · > 施加进一步限制,即 <R{0} , · >是可交换群,便得到另外一个代数结 构——域。 定义14.4.1 给定可交换环<R,+,· >,若<R{0},· >为群,则称<R,+,· >为域。
定义13.1.2 给定<M,○>,若<M,○>是半群 且○有幺元或○满足结合律且拥有幺元,则称<M, ○>为独异点。
可以看出,独异点是含有幺元的半群。因此 有些著作者将独异点叫做含幺半群。有时为了强 调幺元e,独异点表为<M,○,e>。 例13.1.1 给定<N,+>和<N,×>,其中N为 自然数集合, + 和×为普通加法和乘法。由普通 加法和乘法满足结合律易知,<N,+>和<N,×> 都是半群,而且还是独异点。因为0是+的幺元, 1是×的幺元。
例14.4.1 <R,+,· >和<Q,+,· >皆为域,
而<Z,+,· >不为域,其中R、Q和Z分别为实数
集合、有理数和整数集合,+和· 是普通加法和乘
法。
定义13.1.3 给定半群<S,⊙>,若⊙是可交换 的,则称<S,⊙>是可交换半群。类似地可定义可 交换独异点<M,○,e>。 例13.1.2 给定<P(S),∪>和<P(S),∩>,其中 P(S) 是集合 S 的幂集, ∩ 和∪为集合上的并与交运 算。可知<P(S),∪>和<P(S),∩>都是可交换半群。 不仅如此,它们还都是可交换独异点,因为与S 分别是它们的幺元。
为了方便,通常将+称为加法,将· 称为乘法, 把 <R , +> 称为加法群, <R , · > 称为乘法半群。
而且还规定,运算的顺序先乘法后加法。
注意这里加法和乘法不一定仅限于初等数学
的加与乘。同样,加运算的幺元我们用“0”表示,
乘运算的幺元用“1”表示,0与1的含义也不一定 仅限于初等代数中的0与1.
定义13.4.4 给定群<G,⊙>,若⊙是可交 换的,则称<G,⊙>是可交换群或<G,⊙>是 Abel群。 例13.4.3 例13.4.1中< Z,+>和例12.1.2中 <P(S), >都是Abel群。
14.1 环
定义14.1.1 给定<R,+,· >,其中+和· 都是 二元运算,若 ①<R,+>是Abel群, ②<R,· >是半群, ③· 对于+是可分配的,即:对任意x,y,z∈R, x ·(y+z) = x ·y + x ·z (y+z) ·x = y ·x + z ·x 则称<R,+,· >是环。
第十三、十四章 半群与群、环与域

13.1 半群和独异点的定义 13.4 群的基本定义


14.1 环的定义
14.4 域的定义
13.1 半群和独异点的定义
定义13.1.1 给定<S,⊙>,若⊙满足结合律, 则称 <S ,⊙ > 为半群。即对 S 中的任意元素 x,y,z , 有 (x⊙y)⊙z=x⊙(y⊙z)。 可见,半群就是由集合及其上定义的一个可结 合的二元运算组成的代数结构。
例 由有限字母表Σ所组成的字母串集合Σ*与 并置运算∥所构成的代数结构<Σ*,∥>是个特异 点。
因为首先它满足结合律,例如 ab//(cd//ef ) = (ab//cd)//ef = abcdef.
其次,它有一个幺元——,使得对Σ*内任意 一元素A,有 //A=A//=A.
故<Σ*,∥>是个特异点。 显然,我们令∑+= ∑*-{},则<∑+,//>是 一个半群。
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