1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Chương 3. Cấu Trúc Đại Số (1).Docx

31 5 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Nội dung

Chương III Cấu trúc đại số I Phép toán hai ngôi 1 1 Định nghĩa phép toán hai ngôi Cho X là một tập hợp Ta gọi một phép toán trên X là một ánh xạ T X  X  X từ tích Decartes X  X vào X Như vậy phép t[.]

Chương III Cấu trúc đại số I- Phép toán hai ngơi: 1.1 Định nghĩa phép tốn hai ngơi Cho X tập hợp Ta gọi phép toán X ánh xạ T:XX X từ tích Decartes X  X vào X Như phép toán T đặt cặp phần tử (x, y) tập X  X với phần tử T(x, y) X Phần tử T(x, y) gọi kết phép toán T Thay cho cách viết T(x,y) ta viết xTy thay cho kí hiệu T ta viết ký hiệu khác +, , * , o, x + y đọc x cộng y kết gọi tổng x y x.y (hay xy) đọc x nhân y kết gọi tích x y Ví dụ 1: Với phép toán vế phải “phép toán” mà ta quen biết a) T1(x, y) = x + y phép toán N*, N, Z, Q, R b) T2 (x, y) = x.y phép toán N*, N, Z, Q, R c) T3(x, y) = xy phép tốn N* Ví dụ 2: Kí hiệu XX tập ánh xạ từ X vào Khi phép hợp thành hai ánh xạ f, g  XX T4 (f, g) = gof phép tốn XX Ví dụ 3: a) Phép trừ phép tốn Z khơng phép tốn N b) Phép chia phép toán Q* khơng phép tốn Q, khơng phép tốn Z* 1.2 Phép toán cảm sinh Một phận A X gọi ổn định (đối với phép toán * X) với x, y  A có x * y  A Nếu phép tốn * ổn định A thì: T : A  A  A, T(x, y) = x * y ánh xạ, phép toán A Phép toán tập A gọi phép toán cảm sinh phép tốn * X Ví dụ 4: a) Phép cộng N ổn định tập Z, số nguyên chẵn Do phép cộng N cảm sinh phép cộng Z b) Phép trừ Z không ổn định tập N Do phép trừ Z khơng cảm sinh phép tốn N Ví dụ 5: Trên R xét phép toán aob = a + b - ab Phép toán o ổn định tập S = [0, 1] Thật vậy, aob = a + b - ab = a(1 - b) + b Với a, b  S: < a(1 - b) + b < (1 - b) + b = Vậy aob  S với a, b  S 1.3 Các tính chất đặc biệt phép tốn a Tính chất kết hợp Cho * phép toán tập X Phép tốn * gọi có tính chất kết hợp x, y, z  X ta có: (x * y) * z = z * (y * z) Ví dụ 6: a) Phép +, N, Z, Q, R kết hợp b) Phép - Z không kết hợp Chẳng hạn (1- 2) -  - (2 - 3) c) Phép luỹ thừa N* không kết hợp Chẳng hạn ( 21 ) ( 2) 2 d) Phép hợp thành ánh xạ XX kết hợp b Tính chất giao hốn Cho * phép toán tập X Phép tốn * gọi có tính chất giao hốn x, y  X ta có x * y = y * x Ví dụ 7: a) Phép +, N, Z, Q, R giao hoán b) Phép - Z khơng giao hốn Chẳng hạn -  2- c) Nếu X có nhiều phần tử phép tốn hợp thành o X X khơng giao hốn Thật vậy, giả sử a, b  X, a  b Gọi f g  XX ánh xạ xác định f(x) = a với x  X g(x) = b với x  X Khi gof(a) = b, fog(a) = a Vậy gof  fog c) Tính giản ước được: Cho X tập hợp, *là phép toán X Phần tử a thuộc X - Ta nói a quy (hoặc giản ước được) trái * (x, y)  X2, a * x = a * y x = y - Ta nói a quy (hoặc giản ước được) phải * (x, y)  X2: x * a = y * a x = y - Ta nói a quy (hoặc giản ước được) a quy trái phải * 1.4 Các phần tử đặc biệt phép toán a Phần tử trung hồ Cho * phép tốn tập X Phần tử e’  X (e”  X) gọi phần tử trung hoà bên trái (phải) phép toán * với x  X e’ * x = x (x * e” = x) Phần tử e gọi phần tử trung hoà phép toán * e vừa phần tử trung hoà bên trái vừa phần tử trung hoà bên phải, tức với x  X e * x = x * e = x Định lí Cho * phép tốn X Khi e’ phần tử trung hoà bên trái e” phần tử trung hoà bên phải * e’ = e” Chứng minh Do e’ phần tử trung hoà bên trái nên e’ * e” = e” Do e” phần tử trung hoà bên phải nên e’ * e” = e’ Từ hai đẳng thức suy e’ = e” Hệ Phần tử trung hồ phép tốn *, có, Ví dụ a) phần tử trung hoà phép cộng N, Z, Q, R b) phần tử trung hoà phép nhân N*, N, Z, Q, R c) phần tử trung hoà bên phải phép trừ Z khơng phải phần tử trung hồ bên trái d) ánh xạ đồng IX phần tử trung hồ phép tốn o XX b Phần tử đối xứng Cho * phép toán X có phần tử trung hồ e Phần tử x’  X (x”  X) gọi phần tử đối xứng bên trái (phải) phần tử x  X nếu: x’ * x = e (x * x” = e) Phần tử x’ gọi phần tử đối xứng x x’ vừa phần tử đối xứng bên phải vừa phần tử đối xứng bên trái x, tức x’ * x = x * x’ = e Nếu x có phần tử đối xứng x gọi phần tử khả đối xứng Định lí Nếu phép tốn * X kết hợp, x’ phần tử đối xứng bên trái x, x” phần tử đối xứng bên phải x x’ = x” Chứng minh Theo giả thiết ta có x’ = x’ * e = x’ * (x * x”) = (x’ * x) * x” = e * x” = x” Vậy x’ = x” Hệ Nếu phép tốn kết hợp phần tử đối xứng phần tử có Ví dụ a) Trên Z, Q, R với phép cộng, phần tử x có phần tử đối xứng -x b) Trên Q*, R* với phép nhân, phần tử x có phần tử đối xứng x-1 c) Trên XX với phép toán o, phần tử f khả đối xứng f song ánh Phần tử đối xứng f ánh xạ ngược f-1 f d) Nếu e phần tử trung hồ phép tốn * X e khả đối xứng phần tử đối xứng e * Chú ý: Nếu phép tốn X phép cơng (+) phần tử trung hồ thường gọi phần tử khơng, kí hiệu 0x 0; phần tử đối xứng x gọi phần tử đối x, kí hiệu - x Nếu phép tốn X phép nhân (.) phần tử trung hoà thường gọi phần tử đơn vị, kí hiệu 1x 1; phần tử khả đối xứng gọi phần tử khả nghịch, phần tử đối xứng x gọi phần tử nghịch đảo x, kí hiệu x -1 Cũng với phép nhân số thông thường dấu (.) thương bỏ II Nửa nhóm 2.1 Định nghĩa nửa nhóm Cho X tập * phép toán X Tập X với phép toán * kí hiệu (X, *) X (X, *) gọi nửa nhóm phép tốn * có tính chất kết hợp (X, *) gọi vị nhóm phép tốn * kết hợp có phần tử trung hồ Nửa nhóm (vị nhóm) (X, *) gọi nửa nhóm (vị nhóm) giao hốn phép tốn * giao hốn Ví dụ 11 a) (N*, + ) nửa nhóm giao hốn, khơng vị nhóm; ( N, + ) vị nhóm b) (N*, ), (N, ), (Z, ) vị nhóm giao hốn c) (XX, o) vị nhóm Nếu X có nhiều phần tử vị nhóm khơng giao hốn Ví dụ 12 Cho X tập hợp Trên X xét phép toán x * y = x với x, y  X  (X, *) nửa nhóm Thật vậy, x, y, z  X, ta có: (x * y) * z = x * z = x; x * ( y * z) = x * y = x nên (x*y) * z = x * ( y * z) Vậy phép toán * kết hợp  Nếu X có phần tử nửa nhóm (X, *) khơng giao hốn Thật vậy, giả sử x, y  X, x  y, ta có x * y = x, y * x = y, tức x * y  y * x  Mọi y  X phần tử trung hoà bên phải Thật vậy, x  X ta có x * y = x nên y phần tử trung hoà bên phải  Nếu X có phần tử X khơng có phần tử trung hồ bên trái Thật vậy, với y  X, chọn x  X, x  y Khi y * x = y  x nên y khơng phần tử trung hồ bên phải 2.2 Tích phần tử nửa nhóm Định lý 3: Giả sử x1, x2 , xn n (n  3) phần tử (phân biệt khơng) nửa nhóm X, thì: x1x2 xn = (x1 xi)(xi+1 xJ) (xm+ xn) Chứng minh: Vì X nửa nhóm nên mệnh đề với n = Giả sử mệnh đề cho k nhân tử, ta chứng minh mệnh đề với k + Thật vậy: (x1 xi)(xi+1 xJ ) (xm+1 xk+1) = [(x1 xi) (xe+1 xm)] (xm+1 xk+1) = (x1 xm) [(xm+1 xk+1)] = (x1 xm)[(xm+1 xk)xk+1] = [(x1 xm)(xm+1 xk)] xk+1 = (x1 xk)xk+1 = x1x2 xk+1 Định lí Cho x1, x2, , xn phần tử nửa nhóm giao hốn X Khi x1x2 xn = x(1) x(2) x(n)  hốn vị số 1, 2, ,n Chứng minh Hiển nhiên kết với n < Giả sử kết với n -1 > 3, ta chứng minh kết với n Với hoán vị  bất kì, đặt (n) = k ta có a1a2 an = (a1 ak-1) ak(ak+1 an) (theo định lí 1) = (a1 ak-1) (ak+1 an) ak = (a1 ak-1ak+1 an) ak = (a(1) a(2) a(n-1)) a(n) (do giả thiết quy nạp) = a(1) a(2) a(n-1) a(n) Nhận xét : 1) Theo định lí 4, với a, b  X, X nửa nhóm giao hốn n  N* ta có (ab)n = anbn 2) Nếu X nửa nhóm cộng giao hốn quy tắc 1) trở thành n(a + b) = na + nb 2.3 Tính chất phần tử khả nghịch Định lí Cho X vị nhóm với phần tử đơn vị 1X Khi 1) 1X 1X = 1X 2) x  X khả nghịch x-1 khả nghịch (x-1)-1 = x 3) x, y  X khả nghịch xy khả nghịch (xy)-1= y-1x-1 Chứng minh 1) Vì 1X1X = 1X 2) Vì xx-1 = x-1x = 1X 3) Vì (y-1x-1)(xy) = y-11Xy = y-1y = 1X (xy) (y-1x-1) = x 1Xx-1 = xx-1 = 1X Nhận xét Nếu (X, +) vị nhóm với phần tử khơng X quy tắc định lí trở thành 1) - 0X = 0X 2) - (-x) = x x có phần tử đối 3) - (x+y) = -y - x x, y có phần tử đối ta sử dụng kí hiệu x + (-y) = x-y, đọc x trừ y, y có phần tử đối 2.4 Luật giản ước Phần tử a nửa nhóm nhân X gọi thoả mãn luật giản ước x, y  X, ta có: ax = ay suy x = y xa = ya suy x = y Định lí Nếu a phần tử khả nghịch vị nhóm X a thoả mãn luật giản ước Chứng minh Với x, y  X ta có ax = ay  a-1 (ax) = a-1 (ay)  (a-1a)x = (a-1a)y  1Xx = 1Xy x=y Tương tự ta có xa = ya  x = y 2.5 Nửa nhóm a Định nghĩa: - Giả sử (X, *) nửa nhóm tuỳ ý, A tập X Khi A gọi nửa nhóm X A ổn định X - A nửa nhóm vị nhóm X chứa phần tử trung hồ X A gọi vị nhóm X b Tiêu chuẩn nửa nhóm con: Tập A nửa nhóm (X, ) gọi nửa nhóm X với x, y  A x*y  A Ví dụ 13 Trong tập Z xét C tập số chẵn L tập số lẻ Khi C vị nhóm vị nhóm (Z, +), L vị nhóm vị nhóm (Z, ) Ví dụ 14 Xét tập R với phép toán aob = a + b - ab tập S = [0, 1] Với a, b, c,  R ta có (aob)oc = (a + b - ab)oc = a + b - ab + c - c(a + b - ab) = a + b + c - ab - ac - bc + abc Tương tự ta tính ao(boc) có (aob)oc = ao(boc) Vì phép tốn o kết hợp nên (R, o) nửa nhóm Mọi a, b  R, ta có aob = a+ b - ab = b + a - ba = boa nên phép toán o giao hoán Mọi a  R, ta có ao0 = a + - a0 = a, 0oa = a Do phần tử trung hồ phép tốn o Vậy (R, o) vị nhóm giao hốn Theo ví dụ 5, S nửa nhóm (R, o) Do  S nên S vị nhóm (R, o) Ví dụ 15 Nếu X nửa nhóm X nửa nhóm X Nếu X vị nhóm X {1X} vị nhóm X 2.6 Đồng cấu nửa nhóm Cho hai nửa nhóm (X, *) ( Y, o) Một ánh xạ f : XY gọi đồng cấu nửa nhóm f(x * y) = f(x)of(y) với x, y  X Nếu X Y vị nhóm đồng cấu nửa nhóm gọi đồng cấu vị nhóm Khi ánh xạ f đơn ánh, tồn ánh, song ánh đồng cấu f tương ứng gọi đơn cấu, tồn cấu, đẳng cấu Ví dụ 16 Cho f : (N, +)  (N, ) f(n) = 2n Ta có f(m+n) = 2m+n = 2m.2n = f(m) f(n) với m, n  N, nên f đồng cấu Dễ thấy f đơn ánh nên f đơn cấu từ (N, +) vào (N, ) Chú ý f đơn cấu vị nhóm Ví dụ 17 a) Cho X nửa nhóm (vị nhóm) Khi ánh xạ đồng IX : X  X, IX(x) = x với x  X đẳng cấu nửa nhóm (vị nhóm) b) Cho A nửa nhóm X Khi ánh xạ jA : A  X, jA(x) = x với x  A đơn cấu nửa nhóm, gọi phép nhúng tắc A vào X c) Cho X nửa nhóm, Y vị nhóm Khi ánh xạ f: X  Y, f(x) = 1Y với x  X đồng cấu nửa nhóm Đặc biệt, X vị nhóm ánh xạ f : X  X, f(x) = 1X với x  X đồng cấu vị nhóm Định lí Cho f : (X, *)  (Y, o) đồng cấu nửa nhóm Khi 1) A nửa nhóm X f(A) nửa nhóm Y 2) B nửa nhóm Y f-1(B) nửa nhóm X Chứng minh 1) Lấy tuỳ ý y 1, y2  f(A) Khi tồn x 1, x2  A cho f(x1) = y1, f(x2) = y2 Từ y1oy2 = f(x1) o f(x2) = f(x1* x2) Vì x1* x2  A nên y1o y2  f(A) Vậy f(A) nửa nhóm Y 2) Lấy tuỳ ý x1, x2  f-1(B) Khi f(x1), f(x2)  B Do B nửa nhóm nên f(x 1) o f(x2) = f(x1*x2)  B Suy x1* x2  f-1(B) Vậy f-1(B) nửa nhóm X Ví dụ 18 Theo ví dụ 16 ta có f(N) = {2n n  N} nửa nhóm nhóm (N, ) 2.7 Nửa nhóm thứ tự a Định nghĩa Cho (X, *) nửa nhóm giao hốn < quan hệ thứ tự toàn phần X Nếu x, y, z  X x

Ngày đăng: 03/03/2023, 22:56

w