- •Спасское Городище 2012
- •Введение
- •Список обозначений и терминов
- •Немного о бейсиКе
- •Делимость целых чисел
- •Алгоритм Евклида
- •Матричная алгебра
- •Определители
- •Обратная матрица
- •Компьютерная реализация матричной алгебры
- •Линейные преобразования плоскости
- •Комплексные числа
- •Конструкция поля комплексных чисел.
- •Сопряжение комплексных чисел
- •Тригонометрическая форма записи комплексных чисел
- •Комплексная экспонента
- •Решение квадратных уравнений.
- •Основная теорема алгебры комплексных чисел
- •Алгебраические системы
- •Операции и отношения на множестве
- •Моноиды
- •Поля и тела
- •Подсистемы алгебраических систем
- •Декартово произведение алгебраических систем
- •Фактор системы
- •Изоморфизм алгебраических систем
- •Абелевы группы
- •Группа подстановок
- •Алгебра многочленов
- •Немного комбинаторики
- •Биномиальные коэффициенты
- •Числа Фибоначчи
- •Рациональные числа
- •Дерево Штерна-Брокко
- •Алгебра высказываний
- •Дизъюнктивная совершенная нормальная форма.
- •Конъюнктивная нормальная совершенная форма
- •Многочлены Жегалкина
- •Алгебра кватернионов.
- •Литература
Моноиды
Непустое множество, рассматриваемое вместе с ассоциативной бинарной операцией называется полугруппой. Полугруппа с нейтральным элементом называется моноидом. Более точно: алгебраическая система , где * -- ассоциативная бинарная операция, а -- выделенный элемент (0-арная операция), который нейтрален относительно *, называется моноидом.
Приведем примеры: 1) – множество натуральных чисел со сложением. Эта полугруппа будет коммутативной, ибо сложение – коммутативная операция; 2) – множество натуральных чисел относительно умножения. Эта полугруппа также будет коммутативной. 3) Множество всех целочисленных матриц второго порядка относительно умножения (некоммутативная полугруппа) ; 4) то же самое множество относительно сложения.
В примерах выше – моноид и относительно умножения и единичной матрицы также моноид. Однако не будет моноидом, так как нет нейтрального элемента ( ). В связи с этим образуем моноид
В моноиде элемент называется обратным (противоположным в случае, когда операция – сложение) к элементу , если . Обратный элемент, если он существует единственен. Действительно, предположив существование еще одного обратного элемента к элементу , будем иметь:
Если обратен к , то обратен к . Это свойство сразу следует из определения обратного элемента. Если обратен к , а обратен к , то обратен к . Проверка:
Здесь в первых двух равенствах применена ассоциативность операции *. Аналогично доказывается, что .
Заметим, что нейтральный элемент всегда обратим и обратным к нему служит сам он. Назовем элемент моноида инволюцией, если . Например, в моноиде квадратных матриц относительно умножения диагональные матрицы с элементами 0, ± 1 будут все инволюциями. В группе движений плоскости инволюциями будут отражения относительно прямой.
Группы
Группа -- это моноид, в котором каждый элемент обратим. Более точное определение таково: алгебраическая система , где * -- бинарная, – унарная и -- 0-арная операции называется группой, если выполнены следующие аксиомы
Г1. -- ассоциативность *,
Г2. для любого (нейтральность ),
Г3. (обратимость любого элемента)
Если операция * к тому же и коммутативна, т.е. выполнена аксиома
Г4. ,
то группа G называется абелевой. В этом случае операция * часто обозначается плюсом и называется сложением.
В группе уравнение x*g=h так же как и уравнение g*x=h всегда имеют решения. А именно, первое уравнение имеет корень , а второе – и эти корни не обязаны совпадать.
Кольца
Множество R с двумя бинарными операциями сложения и умножения, унарной операцией перехода к противоположному элементу, 0-арной операцией называется кольцом, если
К1. является абелевой группой;
К2. R(⋅ ) -- полугруппа;
К3. Умножение дистрибутивно относительно сложения:
и
Если дополнительно операция умножения коммутативна, т.е. выполняется аксиома
К4.
то R называется коммутативным кольцом. Если же дополнительно, имеется единица -- нейтральный элемент относительно умножения, то R называется кольцом с единицей.
Кольцо, в котором выполняется тождество
К5.
называется булевым. Оно автоматически будет коммутативным
ПРИМЕРЫ 1. Множество, состоящее из одного нуля является (нулевым) кольцом.
2. Кольцо целых чисел ℤ коммутативно и с единицей.
3. Все четные числа 2ℤ образуют коммутативное кольцо, но уже без единицы.
4. Все десятичные рациональные дроби (m∈ ℤ ,k∈ ℕ_0) образуют коммутативное кольцо с единицей.
5. Множество квадратных n×n-матриц c элементами из какого-либо кольца R (обозначение -- Mat(n×n; R) ) будет кольцом. Если R имеет единицу 1, то и Mat(n×n;R) имеет единичную матрицу – E=diag(1,…,1).