Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 48 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
48
Dung lượng
268,01 KB
Nội dung
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA TOÁN CHU THỊ TUYẾT NHUNG NỬANHÓMSỐHẦUĐỐIXỨNGBỘI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Đại số Người hướng dẫn khoa học Th.S ĐỖ VĂN KIÊN HÀ NỘI - 2017 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học trường ĐHSP Hà Nội 2, dạy dỗ bảo tận tình thầy cô giáo, học hỏi tiếp thu nhiều tri thức khoa học, kinh nghiệm phương pháp học tốt, bước đầu làm quen với công việc nghiên cứu khoa học Qua xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Toán, thầy cô tổ Đại số trực tiếp giảng dạy, giúp đỡ dìu dắt trưởng thành ngày hôm Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo Đỗ Văn Kiên, người trực tiếp hướng dẫn, bảo đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho thời gian thực khóa luận Do lần đầu làm quen với công tác nghiên cứu lực thân hạn chế nên khóa luận không tránh khỏi thiếu sót Tôi mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy cô, bạn sinh viên để khóa luận hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Sinh viên Chu Thị Tuyết Nhung LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung mà trình bày khóa luận kết trình nghiên cứu nghiêm túc thân hướng dẫn, giúp đỡ tận tình thầy, cô giáo, đặc biệt thầy Đỗ Văn Kiên Những nội dung không trùng với kết nghiên cứu tác giả khác Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Sinh viên Chu Thị Tuyết Nhung ii Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán Mục lục Mở đầu 1 Nửanhómnửanhómsố 1.1 Nửa nhóm, nửanhóm 1.1.1 Nửanhóm 1.1.2 Nửanhóm 1.1.3 Tập sinh nhóm 1.2 Nửanhómsố 1.3 Tập Apéry 1.4 Số Frobenius số giả Frobenius 10 1.5 Phân loại nửanhómsố 14 1.5.1 Nửanhómsốđốixứng 14 1.5.2 Nửanhómsố giả đốixứng 16 1.5.3 Nửanhómsốhầuđốixứng 19 1.5.4 Một số ví dụ 22 iii Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán Nửanhómsốhầuđốixứngbội 2.1 Đặc trưng nửanhómsố chiều nhúng bội qua tập sinh tối tiểu 2.2 24 24 Đặc trưng nửanhómsố chiều nhúng bội qua iđêan định nghĩa Tài liệu tham khảo 43 iv Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán 34 MỞ ĐẦU Đại số nội dung quan trọng toán học đại Đối tượng chủ yếu cấu trúc đại số nhóm, vành, trường Trong nhómđối tượng toán học Nghiên cứu nửanhómsố tương đương với việc giải nghiệm nguyên không âm phương trình tuyến tính không bậc với hệ số nguyên dương Đây vấn đề cổ điển nghiên cứu nhiều tài liệu nửanhómsố đóng vai trò quan trong giải tích, đại số tuyến tính Trong lý thuyết nửanhómsố có ba loại nửanhómsố quan trọng nửanhómsốđối xứng, giả đốixứnghầuđốixứng Cho trước nửanhómsố H, toán đặt xác định xem nửanhómsố H thuộc loại toán khó phức tạp Kết luận văn thực dựa theo báo tác giả Nari, Numata, Watanabe ([NNW], 2011) Cụ thể H nửanhómsố sinh phần tử bội trả lời cho câu hỏi Hơn nữa, kiểu không vượt Với ý nghĩa lòng yêu thích chuyên ngành Đại số với gợi ý giúp đỡ thầy giáo - Th S Đỗ Văn Kiên em mạnh dạn chọn đề tài "Nửa nhómsốhầuđốixứngbội 5" làm khóa luận tốt nghiệp Mục đích nhiệm vụ đề tài cung cấp số kiến thức sơnửanhómsố cung cấp loại nửanhómsốhầu Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán đốixứngbội với phép nhúng chiều Nội dung đề tài cấu trúc thành hai chương: Chương 1: Nửa nhóm, nửanhómsố Chương 2: Nửanhómsốhầuđốixứngbội Chương thứ tập trung tính đốixứngnửanhóm mà tổng quát nửanhómsốhầuđốixứng Chương thứ hai đề cập tới dạng nửanhómsốhầuđốixứng sinh phần tử bội Các kết định lý 2.1.1, 2.1.4 2.2.2 Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán Chương Nửanhómnửanhómsố 1.1 Nửa nhóm, nửanhóm Trước tiên, trình bày kiến thức sởnửa nhóm, nửanhóm để hình thành khái niệm nửanhómsố 1.1.1 Nửanhóm Định nghĩa 1.1.1 Một phép toán hai tập hợp X ánh xạ T : X × X → X Ảnh (x, y) ∈ X × X qua ánh xạ T gọi hợp x y phép toán T, kí hiệu xT y Thông thường phép toán T kí hiệu · (phép nhân ) + (phép cộng ) Phép toán hai T tập hợp X gọi có tính chất kết hợp với x, y, z ∈ X ta có xT (yT z) = (xT y)T z Phép toán hai T tập hợp X gọi có tính chất giao hoán với x, y ∈ X ta có xT y = yT x Nếu tồn phần tử e ∈ X cho với x ∈ X thỏa mãn xT e = Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán eT x = x e gọi phần tử đơn vị X Định nghĩa 1.1.2 Tập hợp X khác rỗng nửanhóm X với phép toán hai cho X có tính chất kết hợp Một nửanhóm có phần tử đơn vị gọi vị nhóm Một nửanhóm mà phép toán giao hoán gọi nửanhóm giao hoán Ví dụ 1.1.3 (1) Tập hợp số nguyên Z với phép cộng thông thường tạo thành vị nhóm giao hoán (2) Tập hợp ma trận cấp × với hệ số thực phép nhân ma trận không nửanhóm giao hoán Thật vậy, lấy A= A.B = ,B = 11 15 , B.A = 11 14 Ta thấy A.B = B.A Định lý 1.1.4 Giả sử x1 , x2 , , xn n phần tử (phân biệt hay không ) nửanhóm X x1 x2 xn = (x1 xi )(xi+1 xj ) (xm+1 xn ) Nói cách khác, tích n phần tử tùy ý nửanhóm không phụ thuộc vào cách kết hợp Định lý 1.1.5 Trong nửanhóm giao hoán X, tích x1 x2 xn không Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán phụ thuộc vào thứ tự nhân tử, tức x1 x2 xn = xi1 xi2 xin với i1 , , in hoán vị 1, , n 1.1.2 Nửanhóm Định nghĩa 1.1.6 Một nửanhóm A nửanhóm X tập khác rỗng đóng kín với phép toán hai X Mệnh đề 1.1.7 Giao họ khác rỗng nửanhómnửanhóm X nửanhóm X 1.1.3 Tập sinh nhóm Định nghĩa 1.1.8 Cho A tập nửanhóm X, nửanhóm nhỏ X chứa A gọi nửanhóm sinh A Một nửanhóm tồn mệnh đề 1.1.7 Kí hiệu nửanhóm sinh A A Đặc biệt, X = A ta nói X sinh A Nếu X = a , a ∈ X X gọi nửanhóm xyclic Nhận xét 1.1.9 i) Nếu X vị nhóm với đơn vị e A = ∅ A = {e} ii) Nếu A = ∅ A = {λ1 a1 + λ2 a2 + · · · + λn an | n ∈ N \ {0} , ∈ A, λi ∈ N ∀i} Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán Vậy H đốixứng Bây ta chứng minh định lý Định lý 2.1.4 Cho H = 5, b, c, d nửanhómsốbội 5, {5, b, c, d} hệ sinh tối tiểu H, xếp lại vị trí {b, c, d} Khi (1) H giả đốixứng b = 3α + 2β + 1, c = α + 4β + 2, d = 2α + 3β + 4, α, β ≥ với β − α ≡ 2(mod 5) Trong trường hợp F (H) = 4α + 6β − (2) H hầuđốixứng với t(H) = b = 3α + 2β − 1, c = α + 4β − 2, d = 2α + 3β − 4, α ≥ 1, β ≥ với β − α ≡ 3(mod 5) Trong trường hợp F (H) = 4α + 6β − 13 (3) H đốixứng b = 3α + 2β, c = α + 4β, d = 2α + 3β, α, β ≥ với α ≡ β(mod 5) Trong trường hợp F (H) = 4α + 6β − Chứng minh Ta có Ap(H, 5) = {0, b, c, d, w} 29 Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán (1) + Giả sử b + d ≡ 0(mod 5) b + d ≡ 0(mod 5) ⇔ c + 2d ≡ 0(mod 5) c + w ≡ 0(mod 5) Ta có • 2(b + d) ≡ 0(mod 5) ⇒ c ≡ 2b(mod 5) c + 2d ≡ 0(mod 5) •2(c + 2d) ≡ 2c + 4d ≡ 2c − d ≡ 0(mod 5) ⇒ 2c ≡ d(mod 5) • d ≡ −b(mod 5) ⇒ c + b ≡ b(mod 5) c ≡ 2b(mod 5) Từ định lý 2.1.3 H giả đốixứng + b + c = 2d, ta có hệ sau c + d ≡ b(mod 5) c ≡ 2b(mod 5) 2c ≡ d(mod 5) b + c + = 2d 2b = c + 5α ⇔ 2c = d + 5β b + c + = 2d với α, β ≥ Suy b = 3α + 2β + c = α + 4β + d = 2α + 3β + 30 Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán F (H) = 2(d − 5) = 4α + 6β − + Nếu b, c, d ≡ 0(mod 5) 3α + 2β + ≡ 0(mod 5) α + 4β + ≡ 0(mod 5) 2α + 3β + ≡ 0(mod 5) Do β − α ≡ 2(mod 5) Mà H = 5, b, c, d nửanhómsố nên gcd(5, b, c, d) = Suy β − α ≡ 2(mod 5) (2) Như (1) ta có 2b = c + 5α 2c = d + 5β với α, β ≥ Từ định lý 2.1.3 H hầuđốixứng với t(H) = b + c = 2d + Do ta có hệ sau 2b = c + 5α 2c = d + 5β b + c = 2d + b = 3α + 2β − ⇔ c = α + 4β − d = 2α + 3β − F (H) = 2d − = 4α + 6β − 13, với α ≥ 1, β ≥ 31 Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán + Nếu b, c, d ≡ 0(mod 5) 3α + 2β − ≡ 0(mod 5) α + 4β − ≡ 0(mod 5) 2α + 3β − ≡ 0(mod 5) ⇒ β − α ≡ 3(mod 5) Mà H = 5, b, c, d nửanhómsố nên (5, b, c, d) = Do β − α ≡ 3(mod 5) (3) Như (1) ta có 2b = c + 5α 2c = d + 5β với α, β ≥ Từ định lý 2.1.3, H đốixứng nên b + c = d Do ta có hệ sau b = 3α + 2β 2b = c + 5α ⇔ c = α + 4β 2c = d + 5β d = 2α + 3β b + c = 2d + với α, β ≥ F (H) = 2d − = 4α + 6β − 32 Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán +Nếu b, c, d ≡ 0(mod 5) 3α + 2β ≡ 0(mod 5) α + 4β ≡ 0(mod 5) 2α + 3β ≡ 0(mod 5) ⇒ β − α ≡ (mod 5) Mà H = 5, b, c, d nửanhómsố nên (5, b, c, d) = Do β − α ≡ 0(mod 5) Ví dụ 2.1.5 Với α = 1, β = 2, β − α = ≡ 2(mod 5), từ định lý 2.1.4 ta có b = 8, c = 11, d = 12 Theo định lý 2.1.3 ta thấy + b + c = 2d Do H giả đốixứng F (H) = 2(d − 5) = 4α + 6β − = 14 (2) Với α = 2, β = 3, β − α = ≡ 3(mod 5), từ định lý 2.1.3 ta có b = 9, c = 8, d = Theo định lý 2.1.3 ta thấy b + c = 2d + Do H hầuđốixứng F (H) = 2d − = 4α + 6β − 13 = (3) Với α = 3, β = 4, ≡ 3(mod 5), từ định lý 2.1.3 ta có b = 17, c = 19, d = 18 Theo định lý 2.1.3 ta thấy b + c = 2d Do H đốixứng F (H) = 2d − = 4α + 6β − = 31 33 Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán 2.2 Đặc trưng nửanhómsố chiều nhúng bội qua iđêan định nghĩa Định nghĩa 2.2.1 Cho nửanhómsố H = a, b, c, d Gọi k[H] = k[ta , tb , tc , td ] vành nửanhómsố H k[X, Y, Z, W ] vành đa thức ẩn trường k Khi ta có toàn cấu tự nhiên ϕ : k[X, Y, Z, W ] −→ k[ta , tb , tc , td ] X −→ ta Y −→ tb Z −→ tc W −→ td Đặt I = Kerϕ, ta gọi I iđêan định nghĩa H Định lý 2.2.2 Cho H = 5, b, c, d nửanhóm số, e(H) = 5, xếp lại {b, c, d} Khi đó: (1) H giả đốixứng I = (X α+β+1 − Y W, Y − X α Z, Z − X β W, W − XY Z, X β+1 Y − ZW ) α, β ≥ β − α ≡ 2(mod 5) (2) H hầuđốixứng với t(H) = I = (X α+β −Y W, Y −X α−1 W , Z −X α+1 Y, W −X β Z, X α W −Y Z, XY −ZW ) α ≥ 1, β ≥ β − α ≡ 3(mod 5) 34 Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán (3) H đốixứng I = (X α+β − ZW, Y − X α Z, Z − Y W, W − X β Y, X α W − Y Z) α, β ≥ với α ≡ β(mod 5) Chứng minh Xét đồng cấu ϕ : k[X, Y, Z, W ] −→ k[H] X −→ t5 Y −→ tb Z −→ tc W −→ td (1) [⇐] Giả sử J1 = (X α+β+1 − Y W, Y − X α Z, Z − X β W, W − XY Z, X β+1 Y − ZW ) α, β ≥ 1, β − α ≡ 2(mod 5) Suy ϕ(X α+β+1 − Y W ) = ⇒ t5(α+β+1) = tb+d Do b + d = 5(α + β + 1) Tương tự ta có 2b = 5α+c, 2c = 5β +d, 2d = 5+b+c, 5(β +1)+b = c+d 35 Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán Do giải hệ phương trình b + d = 5(α + β + 1) 2b = 5α + c 2c = 5β + d 2d = + b + c ta b = 3α + 2β + c = α + 4β + d = 2α + 3β + α, β ≥ với β − α ≡ 2(mod 5) Theo định lý 2.1.4 suy H giả đốixứng [⇒]• Vì H giả đốixứng nên theo định lý 2.1.4 xếp b, c, d cho b = 3α + 2β + 1, c = α + 4β + 2, d = 2α + 3β + α, β ≥ với β − α ≡ 2(mod 5) • Đặt J1 = (X α+β+1 − Y W, Y − X α Z, Z − X β W, W − XY Z, X β+1 Y − ZW ) Ta có ϕ(X α+β+1 − Y W ) = t5(α+β+1) − tb+d = t5(α+β+1) − t5(α+β+1) = 36 Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán Tương tự ta có ϕ(Y − X α Z) = 0; ϕ(Z − X β W ) = 0; ϕ(W − XY Z) = 0; ϕ(X β+1 Y − ZW ) = Suy J1 ⊆ I • Hơn dimk k[X, Y, Z, W ]/(J1 , X) = dimk k[X, Y, Z, W ]/(I, X) = Suy (J1 , X) = (I, X) Theo bổ đề Nakayama ta I = J1 (2) [⇐] Giả sử J2 = (X α+β −Y W, Y −X α−1 W , Z −X α+1 Y, W −X β Z, X α W −Y Z, XY −ZW ) α ≥ 1, β ≥ β − α ≡ 3( mod 5) Suy ϕ(X α+β − Y W ) = ⇔ 5(α + β) = b + d Tương tự ta có 3b = 5(α−1)+2d, 2c = 5(α+1)+b, 2d = 5β +c, 5α+d = b + c, + 2b = c + d 37 Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán Do giải hệ phương trình 5(α + β) = b + d 3b = 5(α − 1) + 2d 2c = 5(α + 1) + b 2d = 5β + c 5α + d = b + c 5 + 2b = c + d ta b = 3α + 2β − c = α + 4β − d = 2α + 3β − α ≥ 1, β ≥ β − α ≡ 3(mod 5) Theo định lý 2.1.4 suy H hầuđốixứng [⇒]• Vì H hầuđốixứng nên theo định lý 2.1.4 xếp lại b, c, d cho b = 3α + 2β − 1, c = α + 4β − 2, d = 2α + 3β − 4, α ≥ 1, β ≥ β − α ≡ 3(mod 5) • Đặt J2 = (X α+β −Y W, Y −X α−1 W , Z −X α+1 Y, W −X β Z, X α W −Y Z, XY −ZW ) α ≥ 1, β ≥ β − α ≡ 3(mod 5) Ta có ϕ(X α+β − Y W ) = t5(α+β) − tb+d = 38 Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán Tương tự ta có: ϕ(Y − X α−1 W ) = 0; ϕ(W − X β W ) = 0; ϕ(X α W − Y Z) = 0; ϕ(XY − ZW ) = Suy J2 ⊆ I • Hơn dimk k[X, Y, Z, W ]/(J2 , X) = dimk k[X, Y, Z, W ]/(I, X) = Suy (J2 , X) = (I, X) Theo bổ đề Nakayama ta I = J2 (3) [⇐] Giả sử J3 = (X α+β − ZW, Y − X α Z, Z − Y W, W − X β Y, X α W − Y Z) α, β ≥ với α ≡ β(mod 5) Ta có ϕ(X α+β − ZW ) = ⇒ 5(α + β) = c + d Tương tự ta có 2b = 5α + d, 2c = b + d, 2d = 5β + b, 5α + d = b + c Do giải hệ phương trình 5(α + β) = c + d 2b = 5α + d 2c = b + d 2d = 5β + b 5α + d = b + c 39 Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán ta b = 3α + 2β c = α + 4β d = 2α + 3β α, β ≥ α ≡ β(mod 5) Theo định lý 2.1.4 suy H đốixứng [⇒]• Vì H đốixứng nên theo định lý 2.1.4 xếp lại b, c, d cho b = 3α + 2β, c = α + 4β, d = 2α + 3β α, β ≥ α ≡ β(mod 5) • Đặt J3 = (X α+β − ZW, Y − X α Z, Z − Y W, W − X β Y, X α W − Y Z) Ta có ϕ(X α+β − ZW ) = t5(α+β) − tc+d = Tương tự ta có ϕ(Y − X α Z) = 0; ϕ(Z − Y W ) = 0; ϕ(W − X β Y ) = 0; ϕ(X α W − Y Z) = Suy J3 ⊆ I Hơn dimk k[X, Y, Z, W ]/(J3 , X) = dimk k[X, Y, Z, W ]/(I, X) = Suy I = J3 Ví dụ 2.2.3 (1) Cho H = 5, 12, 19, 18 Khi iđêan định nghĩa 40 Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán H I = (X − Y W, Y − XZ, Z − X W, W − XY Z, X Y − ZW ) Ta thấy H giả đốixứng với F (H) = 26 (α, β) = (1, 4) (2) Cho H = 5, b, c, d nửanhómsố giả đốixứng với F (H) = 26 Khi từ định lý 2.1.4 ta giải phương trình 4α + 6β − = 26 ta (α, β) = (1, 4) (4, 2) Do H = 5, 12, 19, 18 H = 5, 17, 14, 18 (3) Cho H = 5, 11, 13, 14 Định nghĩa iđean H I = (X −Y W, Y −XW , Z −X Y, W −X Z, X W −Y Z, XY −ZW ) Do H hầuđốixứng với t(H) = F (H) = 17 (từ định lý 2.1.4) (4) Giả sử H = 5, b, c, d nửanhómsốhầuđốixứng với t(H) = F (H) = 17 Khi giải phương trình 4α + 6β − 13 = 17 ta có (α, β) = (3, 2) H = 5, 11, 13, 14 tập với t(H) = F (H) = 17 (5) Cho H = 5, 18, 16, 14 Khi iđean xác định I = (X − ZW, Y − X Z, Z − Y W, W − X Y, X W − Y Z) H đốixứng với F (H) = 27 ( từ định lý 2.1.4) (6) Nếu H = 5, b, c, d đốixứng với F (H) = Khi giải phương trình 4α + 6β − = 27 ta (α, β) = (5, 2) (2, 4) H = 5, 19, 13, 16 H = 5, 14, 18, 16 nửanhómsốđốixứng thỏa mãn điều kiện 41 Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán Kết luận Luận văn chứng minh số kết Cho H nửanhómsố sinh phần tử bội Khi kiểu H không Cho H = 5, b, c, d với hệ sinh tối tiểu Khi miêu tả tất nửanhómsốđối xứng, giả đốixứnghầuđốixứng qua b, c, d Cho H = 5, b, c, d với hệ sinh tối tiểu Khi miêu tả tất nửanhómsốđối xứng, giả đốixứnghầuđốixứng qua iđêan định nghĩa H 42 Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán Tài liệu tham khảo [BF] V Barucci, R Fr¨oberg, One-dimensional almost Gorenstein rings, J Algebra, 188 (1997), 418-442 [FGH] R Fr¨oberg, C Gottlieb, R.Haggkvist, On numerical semigroups, Semigroup Forum, 35 (1987),63-83 [GW] S Goto, K Watanabe, On graded rings, J Math Soc Japan, 30 (1978), 172-213 [Ku] E Kunz, The value-semigroup of a one-dimensional Gorenstein ring, Proc Amer Math Soc 25 (1970), 748-751 [N] H Nari, Symmetries on almost symmetric numerical semigroups, Semigroup Forum, 86 (2013), 140–154 [NNW] Nari, Numata, Watanabe, Almost symmetric numerical semigroups of multiplicity 5, Proceedings of the Institute of Natural Sciences, Nihon University, 47(2012) 43 Chu Thị Tuyết Nhung - Sư phạm Toán ... Toán Do nửa nhóm số đối xứng, giả đối xứng hầu đối xứng Vì khái niệm nửa hóm số hầu đối xứng khái niệm tổng quát nửa nhóm số đối xứng giả đối xứng iii) Nửa nhóm số hầu đối xứng kiểu giả đối xứng. .. loại nửa nhóm số đưa đặc trưng loại nửa nhóm số 1 .5 1 .5. 1 Phân loại nửa nhóm số Nửa nhóm số đối xứng Định nghĩa 1 .5. 1 Cho H nửa nhóm số H gọi đối xứng với x ∈ Z x ∈ H F (H) − x ∈ H Nhận xét 1 .5. 2... 2: Nửa nhóm số hầu đối xứng bội Chương thứ tập trung tính đối xứng nửa nhóm mà tổng quát nửa nhóm số hầu đối xứng Chương thứ hai đề cập tới dạng nửa nhóm số hầu đối xứng sinh phần tử bội Các