IV. Деякі інші означення групи

В літературі даються часто означення групи відмінні від означення 3 (див.приклад [1],[2]). Зараз ми ознайомимося з цими означеннями та доведемо їх еквівалентність означенню 3, тобто, покажемо, що всяка множина, яка задовольняє умови означення 3, задовольняє і умови означення 3’ та 3’’ і навпаки.

Означення 3′. Не порожня множина G називається групою, якщо на ній означена одна алгебраїчна операція, яка задовольняє таким умовам:

1. алгебраїчна операція асоціативна;

2. В G існує ліва одиницяe_l, така, що

:e_la=a (1)

3. Для кожного елемента G відносно лівої одиниці e_l існує лівий обернений елемент G, такий, що

e_l.. (2)

Означення 3′′ . Непорожня множина Gназивається групою , якщо на ній означена одна алгебраїчна операція, яка задовольняє таким умовам:

1. Алгебраїчна операція асоціативна

2. Для всяких a,bϵG рівняння ax=b та ya=b мають розв’язки.

Теорема 2. Означення 3 і 3′ еквівалентні.

Доведення. Якщо множина є групою за означенням 3, тобто задовольняє умови означення 3, то вона задовольняє умови означення 3′, тобто є групою за означенням 3′. Одиничний елемент відіграє при цьому роль лівої одиниці, а обернений відіграє роль лівого оберненого .

Нехай, навпаки, задовольняє умовам означення 3′. Щоб довести, що вона задовольняє умовам означення 3), досить, очевидно, показати, що ліва одиниця є одночасно і правою, тобто для

:ae_l=a(3)

і лівий обернений ’ є одночасно і правим оберненим, тобто

:aa^/=e_l (4)

Покажемо спочатку справедливість співвідношення (4). Для цього домножимо рівність (2) справа на елемент . Внаслідок однозначності операції множення (добуток двох елементів єдиний) рівність при цьому не порушується:

(

В силу умови 3) означення 3′елемент має лівий обернений. Домноживши останню рівність зліва на елементі скориставшись асоціативністю, одержимо:

Оскільки a′′- лівий обернений елемент до a, тобто a′′a′=e_l,, то остання рівність перепишеться так:

e_l(aa′)=e_lабо, інакше,aa′=e_l

чим справедливість співвідношення (4) доведено.

Переконаємось зараз в справедливості відношення (3). Для цього перетворимо ліву частину, використавши послідовно формулу (2), асоціативність множення, формули (4) і (1): ae_l=a(a^/a)= (aa^/)a=e_la=a.

Отже, множина G є групою і за означенням 3.

Теорема 3. Означення 3 і еквівалентні.

Доведення. Якщо множина G задовольняє умови означення 3, то, як це безпосередньо випливає з означення 3 і властивості , вона задовольняє і умови означення

Навпаки, нехай множина G задовольняє умови означення Ми покажемо, що множина при цьому задовольняє умови означення, звідки на підставі теореми 2 буде виходити, що множинаG задовольняє і умови означення 3. Отже, треба показати, що в G існує ліва одиниця, по відношенні до якої кожен елемент має лівий обернений елемент.

Щоб довести існування в Gлівої одиниці, тобто такого елемента , який задовольняє співвідношення (1), зауважимо, що за умовою рівняння умає розв’язок який позначимо через. покажемо, щоє лівою одиницею, тобто, що для ():. З цією метою приймемо до уваги, що рівнянняax=bмає розв’язок , внаслідок чого

Отже, для ():, тобто— ліва одиниця в Г. Внаслідок того, що за умовою для всякогорівнянняyb=, має розв’язок по відношенні до лівої одиниці кожен елементмає лівий обернений.

Таким чином, множина G є групою згідно з означення , а в силу теореми 2 і згідно з означенням 3.

Вправи.

1. Чи еквівалентні означення і?

2. Якщо множина G і підгрупою відносно до означення , то чи є розв’язки рівняньax=b і ya=b єдиним?