Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы универсальной алгебры. Учебное пособие-1
.pdf
УЧЕБНИКИ
ÍÃÒÓ
Серия основана в 2001 году

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
СЕРИИ «УЧЕБНИКИ НГТУ»
д-р техн. наук, проф. (председатель) А.А. Батаев
д-р техн. наук, проф. (зам. председателя) Г.И. Расторгуев
д-р техн. наук, проф. С.В. Брованов
д-р техн. наук, проф. А.Г. Вострецов
д-р техн. наук, проф. А.А. Воевода
д-р техн. наук, проф. В.А. Гридчин
д-р техн. наук, проф. В.И. Денисов
д-р физ.-мат. наук, проф. В.Г. Дубровский
д-р филос. наук, проф. В.И. Игнатьев
д-р техн. наук, проф. Н.В. Пустовой
д-р техн. наук, проф. Х.М. Рахимянов
д-р филос. наук, проф. М.В. Ромм
д-р техн. наук, проф. Ю.Г. Соловейчик
д-р физ.-мат. наук, проф. В.А. Селезнев
д-р техн. наук, проф. А.А. Спектор
д-р техн. наук, проф. А.Г. Фишов
д-р экон. наук, проф. М.В. Хайруллина
д-р техн. наук, проф. А.Ф. Шевченко
д-р техн. наук, проф. Н.И. Щуров

À. Г. ПИНУС
ОСНОВЫ
УНИВЕРСАЛЬНОЙ
АЛГЕБРЫ
4-е издание, переработанное и дополненное
НОВОСИБИРСК
2 0 1 9

УДК 512(075.8)
П 326
Рецензенты:
д-р физ.-мат. наук В.А. Артамонов,
д-р физ.-мат. наук Б.М. Верников,
д-р физ.-мат. наук В.М. Волков,
академик РАН С.С. Гончаров
Пинус А.Г.
П 326 Основы универсальной алгебры: учебное пособие /
А.Г. Пинус. – 4-е изд., перераб. и доп. – Новосибирск: Изд-во
НГТУ, 2019. – 184 с. (Серия «Учебники НГТУ»)
ISBN 978-5-7782-3794-0
Учебное пособие посвящено универсальной алгебре, молодой
развивающейся науке, нашедшей свои приложения как внутри математики, так и в информатике и ряде других наук. Адресовано
студентам и аспирантам-математикам, информатикам, а также
научным работникам в этих областях.
УДК 512(075.8)
ISBN 978-5-7782-3794-0 © Пинус А.Г., 1998, 2000, 2005, 2019
© Новосибирский государственный технический
университет, 1998, 2000, 2005, 2019

Оглавление
Предисловие к первому изданию. 7
Предисловие ко второму изданию 8
Предисловие к третьему изданию 9
Предисловие к четвертому изданию 9
Глава 1. Основные понятия универсальной алгебры 11
§ 1. Универсальные алгебры, модели и алгебраические
системы. Эквивалентность на множестве . . . . . . . 11
§ 2. Подалгебры и теоремы представлений для групп,
булевых алгебр, дистрибутивных решеток . . . . . . 31
§ 3. Алгебраические решетки . . . . . . . . . . . . . . . . 47
§ 4. Гомоморфизмы, конгруэнции и фактор-алгебры . . . 53
§ 5. Прямые и подпрямые произведения, ультрапроизве-
дения. Операторы на классах алгебр . . . . . . . . . 67
Глава 2. Многообразия и свободные алгебры 83
§ 6. Абсолютно свободные алгебры. Свободные алгебры
многообразий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
§ 7. Тождества и эквациональные классы . . . . . . . . . 91
§ 8. Исчисление тождеств . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
§ 9. Конгруэнц-перестановочные, конгруэнц-модулярные,
конгруэнц-дистрибутивные многообразия.
Дискриминаторные многообразия . . . . . . . . . . . 97
§ 10. Рациональная эквивалентность многообразий . . . . 109
Глава 3. Условные термы и условные многообразия 115
§ 11. Условные термы и условно термальные функции . . 115
§ 12. Условные тождества и условные многообразия . . . 124
§ 13. Условно рациональная эквивалентность условных
многообразий и алгебр . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5

Оглавление
Глава 4. Некоторые приложения универсальной ал-
гебры 135
§ 14. Клоны и соответствие Галуа . . . . . . . . . . . . . . 135
§ 15. Шкалы потенциалов вычислимости конечных алгебр 148
§ 16. Конечные автоматы, языки
и грамматики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
§ 17. Алгебры Халмоша и базы данных . . . . . . . . . . . 162
§ 18. Некоторые приложения группоидов и полугрупп . . 167
Заключение 173
Указатель терминов 175
Библиографический список 180
6

Моим сыновьям Константину
и Филиппу посвящается
Предисловие к первому изданию
Универсальная алгебра — сравнительно молодая наука, изучающая поведение функций на произвольных множествах. Ее основы были заложены работами Г. Биркгофа 1930-х годов. Впоследствии значительный вклад в нее внесли работы А. Тарского,
А.И. Мальцева, Б. Йонсона, Р. МакКензи и многих других. Возникшая на стыке математической логики и классической алгебры
универсальная алгебра, в свою очередь, оказала влияние как на
эти разделы математики, так и на более далекие области этой науки. Развитие универсальной алгебры связано не только с решением внутренних математических проблем, но и с большим числом приложений ее методов и результатов в различных областях
знаний от социологии до информатики. В частности, непосредственное применение универсальная алгебра нашла в программировании, в теории баз данных и ряде других областей, получивших развитие в нынешнюю эпоху широкого применения вычислительных машин. Тем не менее круг людей, знакомых с универсальной алгеброй и владеющих ее методами, довольно узок.
Сам курс универсальной алгебры читается в виде спецкурсов в
довольно ограниченном числе университетов. В связи с этим смелым и новаторским шагом было решение руководства факультета
прикладной математики и информатики Новосибирского государственного технического университета и, в частности, его бывшего
декана, профессора В.И. Хабарова, о введении этого курса в обязательную программу обучения прикладных математиков НГТУ.
Чтение этого курса было предложено мне, за что я благодарен
руководству факультета. Одна из проблем, с которой я столкнулся при подготовке и чтении этого курса, — отсутствие подходящей учебной литературы на русском языке. Классический учебник А.И.Мальцева “Алгебраические системы” является в настоящее время библиографической редкостью, да и материал этой
книги, написанный в 1960-е годы, далеко не полностью отражает
современные достижения универсальной алгебры. То же можно

Предисловие ко второму изданию
сказать и о имеющейся на русском языке книге П. Кона “Универсальная алгебра”. Учебники А.Г. Куроша “Лекции по общей
алгебре” и Л.А. Скорнякова “Общая алгебра” вопросов универсальной алгебры касаются лишь косвенно. Книга Д.М. Смирнова
“Многообразия алгебр” носит скорее монографический, а не учебный характер, да и изданная малым тиражом, она малодоступна
студентам. На английском языке можно указать книги Г. Гретцера “Универсальная алгебра” и С. Барриса, Х.П. Санкапанавара
“Курс универсальной алгебры”, но они велики по объему материала и недоступны для российского студенчества. Прекрасным
учебником по универсальной алгебре является книга Т. Ирингера
“Общая алгебра”, соответствующая по объему университетскому
курсу, но, написанная на немецком языке и практически отсутствующая в России, она также является вещью в себе для студентов НГТУ.
Эти обстоятельства и подтолкнули меня на написание учебника под тот курс универсальной алгебры, который в течение
нескольких лет читается мной студентам НГТУ, специализирующимся по прикладной математике. Результат перед вами. Безусловно, на содержании курса сказались и личные пристрастия
автора в широкой области универсальной алгебры, в том числе в
виде включения в книгу главы 3, в которой представлены результаты его исследований. Автор искренне надеется, что этот учебник послужит более широкому знакомству молодых математиков
с методами и результатами близкой ему науки.
А. Г.Пинус
Мэдисон. Висконсин.
Февраль, 1998 г.
Предисловие ко второму изданию
В настоящем издании исправлен ряд опечаток, замеченных в
первом.
А. Г.Пинус,
Новосибирск, Россия.
Июнь 2000 г.
8

Предисловие к третьему изданию
Предисловие к третьему изданию
В настоящем издании исправлен ряд опечаток, замеченных в
предыдущих изданиях, расширен круг задач и добавлена глава 4,
посвященная приложениям универсальной алгебры.
А. Г.Пинус
Новосибирск, Россия.
Июнь, 2004 г.
Предисловие к четвертому изданию
В настоящем, четвертом издании помимо исправления огрехов третьего, добавлены § 14 “Клоны и соответствие Галуа” и
§ 18 “Некоторые приложения группоидов и полугрупп”.
В очередной раз хочу отметить, что настоящий учебник посвящен лишь основам универсальной алгебры и не касается многих
современных областей универсальной алгебры, таких, к примеру,
как теория квазимногообразий алгебр, алгоритмические проблемы универсальной алгебры, теория коммутаторов, теория ручных
конгруэнций, строение конечных алгебр и других. Далеко не все
области возможных приложений универсальной алгебры затронуты и в главе 4. К примеру, там не рассматриваются вопросы
приложения языка квазитождеств (фрагмента языка условных
тождеств) в логическом програмировании, не рассматриваются
вопросы о роли универсальной алгебры в целом ряде иных областей дискретной математики: в теории кодирования, в теории
функциональных схем и в других.
Среди вышедших в последнее время учебников по универсальной алгебре необходимо отметить электронный учебник Я. Ежека
[36] и единственный в настоящее время задачник [18] специально
посвященный задачам по универсальной алгебре.
Материалы настоящего учебника могут быть использованы
как основа для стандартного годового курса по универсальной
алгебре, как основа для ряда спецкурсов по избранным областям
универсальной алгебры, а так же для самостоятельного знакомства с этой областью математики.
9

Предисловие к четвертому изданию
Наконец я хочу поблагодарить Евгения Николаевича Порошенко и Ирину Львовну Кескевич за неоценимую помощь при
подготовке данного издания этого учебника.
А.Г.Пинус.
Новосибирск, Россия.
Октябрь, 2018 г.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
