<離散數學>代數系統——群,半群


------運算的定義及性質

設S是一個非空集合,映射f:Sn->S稱為S上的一個n元運算。假設“•”是定義在集合S上的一個二元運算。若:

  1. ∀x,y∈S,x•y∈S,則稱“•”在S上是封閉的。
  2. ∀x,y∈S,x•y=y•x,則稱“•”在S上是可交換的。
  3. ∀x,y,z∈S,x•(y•z)=(x•y)•z,則稱“•”在S上是可結合的。
  4. ∀x∈S,x•x=x,則稱“•”在S上是冪等的。

 

設◆和☉是同時定義在S上的兩個二元運算,如果

  1. ∀x,y,zs,x☉(y◆z)=(x☉y)◆(x☉z)且y☉(z◆x)=(y☉x)◆(z☉x),則稱運算關於是可分配的。
  2. ◆和☉是可換運算,且∀x,yS,x◆(x☉y)=x及x☉(x◆y)=x,則稱運算☉和◆滿足吸收律

 

------代數系統及特異元的定義

一個非空集合S連同若干個定義在S上的運算f1,f2,... ,fk所組成的系統稱為一個代數系統,記為<S,f1,f2,...,fk>。

 

代數系統內特異元的定義:
1.幺元(單位元):如果∃eS使得Xs,e•x=e•x=x,則稱e為代數系統的幺元。

2.零元:如果∃θS使得對於S中任意元素x,都有θ•x=x•θ=θ,則稱θ為代數系統中的零元。

3.冪等元:如果∃a S,使得a•a = a,則稱a是系統中的冪等元。

4.逆元:a•b = b•a = e,則a和b互為逆元。

——幺元和零元都是唯一的,每個元素如果有逆元則其逆元唯一。

 

------群

對於代數系統<S,•>,如果

1.“•”是封閉運算,則為廣群

2.“•”是封閉運算,也是可結合運算,則為半群

3.“•”是封閉運算,也是可結合運算,存在幺元,且每個元素都有逆元,則為

 

設n個元素的集合A上的全體置換構成集合Sn

Sn中兩個置換的復合仍然是A上的一個置換,故運算是封閉的;

由於函數的復合是可結合的,故置換的復合也是可結合的; 

Sn 中存在幺置換π = (1) ,使對任何中的置換均有σ • π= π • σ= σ ,因而π = (1)是幺元;

把每個元素的x變成y的置換,其逆置換則把元素y變成x,因而每個置換都有逆;

我們把<S , •>稱為 n次對稱群

 

 

兩種情況下都是子群:

設<G,*>和<S,*>都是群,若S是G的非空子集,則稱S是G的子群

設<G,*>是群,a ϵ G,記S={ an | n ϵ Z },則<S,*>是<G,*>的子群。

(其他的定義也都可,滿足第一條就行)

 

 

如果<S , •>是群,且運算滿足交換律,則稱<S , •>為可交換群

<S , •>為可交換群   ↔ 對任意a,b ϵ G,都有( a • b )2=a2 • b2

 

 

 

如果<S , •>是群,且其中存在一個元a使得群可由a生成,即G=(a)。則稱G為循環群,a為G的一個生成元。稱使得an=e的最小正整數n為元素a的周期。

在此基礎上有三條推斷可以直接使用:

  1. am=e   ↔     n|m
  2. ai=aj    ↔    n|(i-j)
  3. 由a生成的子群恰有n個元素,即(a) = {e,a,a2,…,an-1}

 

拉格朗日定理

群G中子群H的所有左右陪集都是等勢的;

n階群<G,*>的任何子群<H,*>的階必是n的因子

n元群G中任何元素的周期必是n的因子。

——正規子群

設<H,*>是群<G,*>的一個子群。如果對於任何a ϵ G,aH=Ha 或 aHa-1 ⊆ H,則稱H是G的正規子群(或不變子群)。

——商群

設<H,*>是群<G,*>的一個正規子群,G/H表示G的所有陪集的集合,則<G/H,•>是一個群,稱為商群。“•”定義為∀aH,bH ϵ G/H,aH•bH = (a*b)H 。

 

群的同態,群的同構

設<S,*>和<T,•> 是兩個二元代數系統,

如果存在映射f:S→T,使得對任意a1,a2ϵS,f(a1*a2)=f(a1)•f(a2),則稱S,T同態,當f是雙射時稱f為同構映射。

設f是群<G,*>到<H,*>的同態映射,e‘是H的幺元,記Ker(f)={x|xϵG ∧ f(x)=e'},Ker(f)稱為f的同態核。 Ker(f)是G的正規子群。


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