工程数学(近世代数).ppt
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1、近世代数近世代数高等工程数学高等工程数学2代数结构部分v第4章 知识准备v第5章 群v第6章 环和域3第4章 知识准备v二元运算定义及其实例二元运算定义及其实例v 运算的表示运算的表示v 二元运算的性质二元运算的性质交换律、结合律、消去律交换律、结合律、消去律分配律分配律v 二元运算的特异元素二元运算的特异元素单位元单位元零元零元可逆元素及其逆元可逆元素及其逆元4二元运算的定义及其实例定义定义设设S 为集合为集合,映射映射f:SSS 称为称为S 上的二上的二元运算元运算,简称为简称为二元运算二元运算.也称也称S 对对f 封闭封闭.例例1(1)N上的加法、乘法上的加法、乘法.(2)Z上:加法、减
2、法、乘法上:加法、减法、乘法.(3)非零实数集非零实数集R*上的二元运算上的二元运算:乘法、除法乘法、除法.(4)设设S=a1,a2,an,ai aj=ai,为为S上二上二元运算元运算.5二元运算的实例(续)(5)设设Mn(R)表示所有表示所有n 阶阶(n2)实矩阵的集实矩阵的集合,即合,即矩阵加法和乘法都是矩阵加法和乘法都是Mn(R)上的二元运算上的二元运算.(6)幂集幂集P(S)上的二元运算:上的二元运算:,.(7)SS 为为S 上的所有函数的集合:合成运算上的所有函数的集合:合成运算.6二元运算的表示算符算符:,等符号等符号表示二元运算表示二元运算对二元运算对二元运算 ,如果,如果x 与
3、与y 运算得到运算得到z,记做,记做x y=z;表示二元或一元运算的方法:表示二元或一元运算的方法:公式公式、运算表运算表7公式表示公式表示例例2设设R 为实数集合,如下定义为实数集合,如下定义 R 上的二元运上的二元运算算:x,yR,x y=x.那么那么3 4=30.5(-3)=0.5运算表运算表(表示有穷集上的二元运算)(表示有穷集上的二元运算)二元运算的表示(续)8运算表的形式 a1a2an a1 a2.ana1a1a1a2a1ana2a1a2a2a2an.ana1ana2anan9运算表的实例(续)例例3Z5=0,1,2,3,4,模模5加法加法 的运算表的运算表 01234012340
4、12341234023401340124012310二元运算的性质 定义定义设设 为为S 上的二元运算上的二元运算,(1)如果对于任意的如果对于任意的x,y S 有有x y=y x,则称运算在则称运算在S 上满足上满足交换律交换律.(2)如果对于任意的如果对于任意的x,y,z S 有有(x y)z=x (y z),则称运算在则称运算在S 上满足上满足结合律结合律.(3)(3)如果对于任意的如果对于任意的 x,y,z S,若若x y=x z,则,则y=z若若y x=z x,则则y=z那么称那么称 运算满足运算满足消去律消去律.11消去律实例实例:Z,Q,R关于普通加法和乘法满足消去律关于普通加法
5、和乘法满足消去律.Mn(R)关于矩阵加法满足消去律,但是关于矩阵关于矩阵加法满足消去律,但是关于矩阵乘法不满足消去律乘法不满足消去律.Zn关于模关于模n加法满足消去律,当加法满足消去律,当n为素数时关于为素数时关于模模n乘法满足消去律乘法满足消去律.当当n为合数时关于模为合数时关于模n乘乘法不满足消去律法不满足消去律.12二元运算的性质(续)定义定义设设 和和 为为S 上两个不同的二元运算上两个不同的二元运算,如果如果 x,y,zS 有有(x y)z=(x z)(y z)z (x y)=(z x)(z y)则称则称 运算对运算对 运算满足运算满足分配律分配律.13实例分析集合运算分配律 Z,Q
6、,R普通加法+与乘法对+可分配+对不分配 Mn(R)矩阵加法+与乘法对+可分配+对不分配Z,Q,R分别为整数、有理数、实数集;分别为整数、有理数、实数集;Mn(R)为为n 阶实矩阵集合阶实矩阵集合,n 2;14二元运算的特异元素单位元单位元定义定义设设 为为S上的二元运算上的二元运算,如果存在如果存在e S,使,使得对任意得对任意xS 都有都有 e x=x e=x,则称则称e是是S 中关于中关于 运算的运算的单位元单位元.单位元也叫做单位元也叫做幺元幺元.定理定理 若若 S 中关于运算存在单位元,则中关于运算存在单位元,则 单位元单位元是是唯一的唯一的.15二元运算的特异元素(续)零元零元设设
7、 为为S 上的二元运算上的二元运算,如果存在如果存在S,使,使得对任意得对任意xS 都有都有 x=x =),则称则称是是S 中关于中关于 运算的运算的零元零元.定理定理 若若 S 中关于运算存在零元,则中关于运算存在零元,则 零元是零元是唯一的唯一的.16二元运算的特异元素(续)可逆元素及其逆元可逆元素及其逆元令令e 为为S 中关于运算中关于运算 的单位元的单位元.对于对于xS,如,如果存在果存在yS 使得使得 y x=x y=e,则称则称y是是x 的的逆元逆元.如果如果x 的逆元存在,则唯一,记为的逆元存在,则唯一,记为x-1,称称x 是是可逆的可逆的.17实例分析集合运算单位元零元逆元Z,
8、Q,R普通加法+0无X 的逆元x普通乘法10X 的逆元x1(x-1属于给定集合)Mn(R)矩阵加法+n阶全0矩阵无X逆元X矩阵乘法 n阶单位矩阵n阶全0矩阵X的逆元X1(X是可逆矩阵)P(B)并B的逆元为交BB 的逆元为B对称差无X 的逆元为X18例题分析解解(1)运算可交换,可结合运算可交换,可结合.任取任取x,y Q,x y=x+y+2xy=y+x+2yx=y x,任取任取x,y,z Q,(x y)z=(x+y+2xy)+z+2(x+y+2xy)z=x+y+z+2xy+2xz+2yz+4xyz x (y z)=x+(y+z+2yz)+2x(y+z+2yz=x+y+z+2xy+2xz+2yz
9、+4xyz例例4设设 运算为运算为Q上的二元运算,上的二元运算,x,y Q,x y=x+y+2xy,(1)运算是否满足交换和结合律运算是否满足交换和结合律?说明理由说明理由.(2)求求 运算的单位元、零元和所有可逆元运算的单位元、零元和所有可逆元.19给定给定x,设,设x 的逆元为的逆元为y,则有则有x y=0成立,即成立,即 x+y+2xy=0(x=1/2)因此当因此当x 1/2时,时,是是x 的逆元的逆元.例题分析(续)(2)设设 运算的单位元和零元分别为运算的单位元和零元分别为e 和和,则对于,则对于任意任意x 有有x e=x 成立,即成立,即 x+e+2xe=x e=0由于由于 运算可
10、交换,所以运算可交换,所以0是幺元是幺元.对于任意对于任意x 有有x =成立,即成立,即x+2x =x+2x =0=1/220代数系统定义与实例定义定义非空集合非空集合S 和和S 上上k 个一元或二元运算个一元或二元运算f1,f2,fk 组成的系统称为一个组成的系统称为一个代数系统代数系统,简称简称代数代数,记做记做 V=.21实例,是代数系统,是代数系统,+和和分别表示普通加法和乘法分别表示普通加法和乘法.是代数系统,是代数系统,+和和分别表示分别表示n 阶阶(n2)实矩阵的加法和乘法实矩阵的加法和乘法.是代数系统,是代数系统,Zn0,1,n-1,和和 分别表示模分别表示模n 的加法和乘法,
11、的加法和乘法,x,yZn,x y=(xy)modn,x y=(xy)modn也是代数系统,也是代数系统,和和为并和交,为并和交,为绝对补为绝对补22v5.1群的定义与性质群的定义与性质v5.2子群子群v5.3循环群循环群v5.4置换群置换群第5章 群235.1 群的定义及性质v群的定义群的定义v群中的相关概念群中的相关概念有限群、无限群与群的阶有限群、无限群与群的阶Abel群群群中元素的幂群中元素的幂元素的阶元素的阶v群的性质群的性质幂运算规则、幂运算规则、群方程的解群方程的解消去律消去律群的运算表的排列群的运算表的排列24群的定义定义定义设设G是非空集合,是非空集合,为为G上的二元运算上的二
12、元运算.如果如果(1)此运算是封此运算是封闭的;的;(2)此运算)此运算满足足结合律;合律;(3)存在单位元存在单位元eG,即对任意,即对任意x G,有有 e x=x e =x(4)对)对G 中的任何元素中的任何元素x 都有都有x 1G,即,即 x 1 x=x x 1 =e则称则称G 关于关于 是是群群.有时也记作有时也记作25群的实例群的实例(1),是群;是群;,不是群不是群.(2)是群,而是群,而不是群不是群.(3)是群是群.Zn=0,1,n 1,为模为模 n 加加.26Klein四元群设设G=e,a,b,c,G上的运算由下表给出,上的运算由下表给出,称为称为Klein四元群四元群 e a
13、 b c e a b c e a b c a e c b b c e a c b a e 运算表特征:运算表特征:对称性对称性-运算可交换运算可交换 主对角线元素都是幺元主对角线元素都是幺元 -每个元素是自己的逆元每个元素是自己的逆元 a,b,c 中任两个元素运算中任两个元素运算 都等于第三个元素都等于第三个元素.27二、群中的相关概念若群若群G 是有穷集,则称是有穷集,则称G 是是有限群有限群,否则称为,否则称为无限群无限群.群群G 的所含元素的个数称为群的所含元素的个数称为群G的的阶阶有限群有限群G 的阶记作的阶记作|G|.若群若群G中的二元运算是可交换的,则称中的二元运算是可交换的,则称
14、G为为交换交换群群或或阿贝尔阿贝尔(Abel)群群.28实例和和是无限群是无限群是有限群,也是是有限群,也是n 阶群阶群Klein四元群四元群 G=e,a,b,c是是4阶群阶群上述群都是交换群上述群都是交换群n 阶阶(n2)实可逆矩阵集合关于矩阵乘法构成的群实可逆矩阵集合关于矩阵乘法构成的群是非交换群是非交换群.29 实例实例在在中有中有2 3=(2 1)3=13=1 1 1=0在在中有中有(2)3=23=2+2+2=6定义定义设设G是群,是群,xG,nZ,则,则x 的的n 次幂次幂xn 定义为定义为二、群中的相关概念30设设G是群,是群,xG,使得等式,使得等式xk=e 成立的最小正成立的最
15、小正整数整数k 称为称为x 的的阶(或周期)阶(或周期),记作,记作|x|=k,称,称x为为k 阶元阶元.若不存在这样的正整数若不存在这样的正整数k,则称,则称x 为为无限阶元无限阶元.在在中,中,2和和4是是3阶元,阶元,3是是2阶元,阶元,1和和5是是6阶元,阶元,0是是1阶元阶元在在中,中,0是是1阶元,其它整数的阶都不存在阶元,其它整数的阶都不存在.二、群中的相关概念31三、群的性质-幂运算规则定理定理1设设G 为群为群,则则G 中的幂运算满足:中的幂运算满足:(1)xG,(x 1)1=x.(2)x,yG,(xy)1=y 1x 1.(3)xG,xnxm=xn+m,n,mZ.(4)xG,
16、(xn)m=xnm,n,mZ.注:注:(xy)n=(xy)(xy)(xy),是是n 个个xy 运算,运算,G为为交换群,才有交换群,才有(xy)n=xnyn.32三、群的性质-群方程存在唯一解定理定理2G为群,为群,a,bG,方程,方程ax=b 和和ya=b 在在G中有解且仅有惟一解中有解且仅有惟一解.a 1b 是是ax=b的解的解.ba 1是是ya=b 的唯一解的唯一解.33三、群的性质-消去律定理定理3G 为群,则为群,则G适合消去律,即适合消去律,即 a,b,cG有有(1)若若ab=ac,则,则b=c.(2)若若ba=ca,则,则b=c.34三、群的性质-运算表排列规则定理定理4 设设
17、G 为有限群,则为有限群,则 G 的运算表中每行每列的运算表中每行每列都是都是 G 中元素的一个置换,且不同的行(或列)中元素的一个置换,且不同的行(或列)的置换都不相同的置换都不相同.注意:必要条件,用于判断一个运算表不是群注意:必要条件,用于判断一个运算表不是群.a b c d a b c d b c d a b a c d c d b a d b a c a b c d a b c d a b c d c d a b b c d a d a b c 35v5.1群的定义与性质群的定义与性质v5.2子群子群v5.3循环群循环群v5.4置换群置换群第5章 群36子群子群v定义定义v子群的判定
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