10. Бинарная алгебраическая операция. Ассоциативность. Коммутативность. Полугруппа. Примеры полугрупп. Нейтральный элемент в полугруппе. Симметричные элементы в полугруппе.

Пусть A — непустое множество. Правило, которое каждой упорядоченной паре элементов из A ставит в соответствие элемент из A, называется бинарной алгебраической операцией на множестве A (или над A). Или

Ассоциативность: для a, b, c из A

Коммутативность: для a, b из A

Нейтральный: Симметричный:

Пусть бинарная алгебраическая операция, заданная на A, ассоциативна, тогда A называется полугруппой. Если операция к тому же коммутативна, то полугруппа называется коммутативной полугруппой. Если множество A конечно, то |A| (число эл. в A) называется порядком полугруппы A.

Примеры коммутативных полугрупп: 1) N+ и Z+; 2) N* и Z *; 3) Z⁻ (множество отрицательных целых чисел) +

Полугруппами не являются: N- (не б. алг. оп.), N /(не б. алг. оп.), Z - (отсутствие ассоциативности), Z /(не б. алг. оп.).

Утв.: Если полугруппа обладает нейтральным элементом, то он единственный.

Док-во: Пусть e1 и e2 — нейтральные элементы в M. Тогда

т. е. e₁ = e₂.

Утв.: Пусть полугруппа содержит нейтральный элемент e. Если элементa имеет симметричный элемент a′, то других симметричных элементов у a нет.

Док-во: Пусть a′ и a′′ — симметричные элементы к a. Имеем

т. е. a′ = a′′.

11. Группа. Примеры групп. Обратные элементы в группе.

Полугруппа G с нейтральным элементом, в которой для каждого элемента существует симметричный, называется группой. Если операция коммутативна, то группа называется коммутативной или абелевой. Если множество G конечно, то |G| (число эл. в G)называется порядком группы G.

Согласно утверждениям в вопросе 10, нейтральный элемент группы единственен и для любого элемента группы симметричный элемент единственен.

Если групповая операция называется сложением (+), то группа называется аддитивной. В этом случае нейтральный элемент называют нулем (или нулевым эл-м) и обозначают 0. Элемент b, симметричный к a - противоположный ( −a). Если групповая операция называется умножением (× или ·), то группа называется мультипликативной. В этом случае нейтральный элемент называют единицей (или единичным эл-м) и обозначают e или 1. Элемент b, симметричный к a, называют обратным и обозначают a⁻¹.

Примеры абелевых групп: 1) Z, Q, R, C +, причем Z; 2) Q^∗, R^∗, C^∗× , где через F^∗ обозначено множество ненулевых элементов в F; 3) множество U_n (всех значений корня n-й степени из 1) ×; 5) V2, V3 +; 6) множество Z_n классов вычетов по модулю n относительно +

Утв.: Пусть a, b — некоторые элементы из группы G. Тогда каждое из уравнений ax = b, ya = b имеет, причем единственное, решение в G: x = a⁻¹b, y = ba⁻¹.

Док-во: Проверим, что x = a⁻¹b является решением уравнения ax = b: ax = a(a⁻¹b) = (aa⁻¹)b = eb = b. Для доказательства единственности решения, предположим, что нашлось два решения: x и x′. Тогда ax = b, ax′ = b, откуда ax = ax′.

Умножая слева обе части этого тождества на a⁻¹, получаем

a⁻¹(ax) = a⁻¹(ax′), пользуясь ассоциативностью, получаем

(a⁻¹a)x = (a⁻¹a)x′, откуда ex = ex′, т. е. x = x′. Используя аналогичные рассуждения, легко проверить, что единственным решением уравнения ya = b является y=ba−1.