【離散數學】代數結構
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代數的組成
1.載體,即非空集合
2.定義在載體上的封閉運算
3.代數常元,即載體上某些運算的特異元素(不一定存在)
代數通常用載體、運算和常陣列成的n重組表示。
同時具備如下兩條規則的幾個代數稱為同種類的:
1.如果兩個代數包含相同個數的運算和常數,且對應運算的元數相同,則稱兩個代數有相同的構成成分。
2.要有一組相同的稱為公理的規則
對同一種類的代數,根據它的公理推出的一切定理,對該種類的一切代數都成立。
代數運算
設A,B是非空集合,是從到的一個對映,則稱為從集合到B的一個n元代數運算,簡稱運算,n稱為代數運算的階。
運算的封閉性
設是從到的一個n元運算,若,則稱該n元運算在集合A上是封閉的。
特別地,設f是從A到B的對映,則稱f是一個在A上封閉的一元運算。設f是從A²到B的對映,則稱f是一個在A上的封閉的二元運算。
交換律
設*是定義在集合A上的一個二元運算,如果任取x,y∈A,都有x*y=y*x,則稱該二元運算是可交換的。
結合律
設*是定義在集合A上的一個二元運算,如果對於任意x,y,z∈A ,都有x*(y*z)=(x*y)*z,則稱該二元運算是可結合的。
分配律
設*和+是定義在集合A上的二元運算,如果對任意的a,b,c∈A,都有
*對+左可分配,即a*(b+c)=(a*b)+(a*c)
*對+右可分配,即(b+c)*a=(b*a)+(c*a)
則稱*對+是可分配的。
吸收律
設*和+是定義在集合A上的二元運算,如果對於任意的a,b∈A ,都有
*對+左可吸收,即a*(a+b)=a
*對+右可吸收,即(a+b)*a=a
則稱運算*對+滿足吸收律。
等冪律
設*是定義在集合A上的一個二元運算,如果對於任意x∈A,都有x*x=x,則稱運算*滿足等冪律。
消去律
設*是定義在集合上的一個二元運算,元素a∈A,如果對於任意x,y∈A,都有
a是左可消去的,即
a是右可消去的,即
則稱a關於運算*是可消去的。若A中的所有元素都是可消去的,則稱運算*滿足消去律。
代數常元
代數系統中,針對某一代數運算表現出具有某些特殊性質的元素稱為代數常元,常見的有:么元、零元、逆元、等冪元等。
么元
左么元:設*是定義在集合A上的一個二元運算,若存在元素e,對於A中的任意元素x,都有e*x=x,則稱e為A中關於運算*的左么元。
右么元:設*是定義在集合A上的一個二元運算,若存在元素e,對於A中的任意元素元素x,都有x*e=x,則稱e為A中關於運算*的右么元。
么元:設*是定義在集合A上一個二元運算,若存在元素e,它既是左么元,又是右么元,即對於A中的任意元素x,都有e*x=x*e=x,則稱e為A中關於運算*的么元,亦稱作單位元。
相關定理:
設*是定義在集合A上的一個二元運算,且在A中有關於運算*的左么元el和右么元er,則el=er,且A中的么元是唯一的。
證明:設el和er分別是A中關於運算*的左么元和右么元,則有el=el*er=er=e,假設另有么元e'∈A, 則有e'=e'*e=e,結論得證。
零元
左零元:設*是定義在集合A上的一個二元運算,若存在元素θ∈A,對於A中的任意元素x,都有θ*x=θ,則稱θ為A中關於運算*的左零元。
右零元:設*是定義在集合A上的一個二元運算,若存在元素θ∈A,對於A中的任意元素x,都有x*θ=θ,則稱θ為A中關於運算*的右零元。
零元:設*是定義在集合A上一個二元運算,若存在元素θ,它既是左零元,又是右零元,即對於A中的任意元素x,都有θ* x=x*θ=θ,則稱θ為A中關於運算*的零元。
相關定理:
設*是定義在集合A上一個二元運算,且在A中有關於運算*的左零元θl和右零元θr,那麼θl=θr,且A中的零元是唯一的。
證明:設θl和θr分別是A中關於運算*的左零元和右零元,則有θr=θl*θr=θl=θ,假設另有零元θ'∈A, 則有θ'=θ'*θ=θ,結論得證。
逆元
設<A,*>是一個代數系統,*是定義在集合A上的一個二元運算,e是A中關於運算*的么元。存在x,y∈A,如果x*y=e,那麼關於運算*,x是y的左逆元,y是x的右逆元。如果x*y=y*x=e,那麼關於運算*,x與y互為逆元。x的逆元記為。
相關定理:
設<A,*>是一個代數系統,*是定義在集合A上的一個二元運算,e是A中關於運算*的么元。若運算*是可結合的,元素x有左逆元l和右逆元r,則l=r,且逆元唯一。
證明:因為e是A中關於運算*的么元且x有左逆元l和右逆元r,則有l*x=x*r=e,又運算是可結合的,所以l=l*e=l*(x*r)=(l*x)*r=e*r=r。設元素x有兩個逆元b和c,那麼b=b*e=b*(x*c)=(b*x)*c=e*c=c,因此,x的逆元是唯一的。