离散第九章精选文档.ppt
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1、离散第九章离散第九章1本讲稿第一页,共三十六页第九章第九章 代数系统代数系统主要内容主要内容二元运算及其性质二元运算及其性质l一元和二元运算定义及其实例一元和二元运算定义及其实例l二元运算的性质二元运算的性质代数系统代数系统l代数系统定义及其实例代数系统定义及其实例l子代数子代数l积代数积代数代数系统的同态与同构代数系统的同态与同构2本讲稿第二页,共三十六页9.1二元运算及其性质二元运算及其性质定义定义9.1设设S为集合,函数为集合,函数f:S SS 称为称为S上的上的二元运算二元运算,简,简称为二元运算称为二元运算lS中任何两个元素都可以进行运算,且运算的结果惟一中任何两个元素都可以进行运算
2、,且运算的结果惟一lS中任何两个元素的运算结果都属于中任何两个元素的运算结果都属于S,即,即S对该运算封闭对该运算封闭例例1(1)自然数集合自然数集合N上的加法和乘法是上的加法和乘法是N上的二元运算,但上的二元运算,但减法和除法不是减法和除法不是(2)整数集合整数集合Z上的加法、减法和乘法都是上的加法、减法和乘法都是Z上的二元运算,上的二元运算,而除法不是而除法不是(3)非零实数集非零实数集R*上的乘法和除法都是上的乘法和除法都是R*上的二元运算,而上的二元运算,而加法和减法不是加法和减法不是3本讲稿第三页,共三十六页实例实例(4)设设Mn(R)表示所有表示所有n 阶阶(n2)实矩阵的集合,即
3、实矩阵的集合,即则矩阵加法和乘法都是则矩阵加法和乘法都是Mn(R)上的二元运算上的二元运算.(5)S为任意集合,则为任意集合,则、为为P(S)上二元运算上二元运算.(6)SS为为S上的所有函数的集合,则合成运算上的所有函数的集合,则合成运算 为为SS上二元运算上二元运算.4本讲稿第四页,共三十六页一元运算的定义与实例一元运算的定义与实例定义定义9.2设设S为集合,函数为集合,函数f:SS 称为称为S上的上的一元运算一元运算,简,简称一元运算称一元运算.例例2(1)求相反数是整数集合求相反数是整数集合Z,有理数集合有理数集合Q和实数集合和实数集合R上上的一元运算的一元运算(2)求倒数是非零有理数
4、集合求倒数是非零有理数集合Q*,非零实数集合非零实数集合R*上一元运算上一元运算(3)求共轭复数是复数集合求共轭复数是复数集合C上的一元运算上的一元运算(4)在幂集在幂集P(S)上规定全集为上规定全集为S,则求绝对补运算,则求绝对补运算是是P(S)上的上的一元运算一元运算.(5)设设S为集合,令为集合,令A为为S上所有双射函数的集合,上所有双射函数的集合,A SS,求一,求一个双射函数的反函数为个双射函数的反函数为A上的一元运算上的一元运算.(6)在在n(n2)阶实矩阵的集合阶实矩阵的集合Mn(R)上,求转置矩阵是上,求转置矩阵是Mn(R)上上的一元运算的一元运算.5本讲稿第五页,共三十六页二
5、元与一元运算的表示二元与一元运算的表示1算符算符可以用可以用,等符号表示二元或一元运算,称为算等符号表示二元或一元运算,称为算符符.对二元运算对二元运算,如果,如果x 与与y 运算得到运算得到z,记做,记做xy=z对一元运算对一元运算,x的运算结果记作的运算结果记作 x.2表示二元或一元运算的方法表示二元或一元运算的方法:解析公式和运算表解析公式和运算表公式表示公式表示例例设设R为实数集合,如下定义为实数集合,如下定义R上的二元运算上的二元运算:x,yR,x y=x.那么那么3 4=3,0.5(3)=0.56本讲稿第六页,共三十六页运算表:表示有穷集上的一元和二元运算运算表:表示有穷集上的一元
6、和二元运算 运算表运算表 二元运算的运算表二元运算的运算表一元运算的运算表一元运算的运算表7本讲稿第七页,共三十六页 例例3 设设S=P(a,b),S上的上的 和和 运算运算的运算表如下的运算表如下 运算表的实例运算表的实例8本讲稿第八页,共三十六页二元运算的性质二元运算的性质定义定义9.3设设为为S上的二元运算上的二元运算,(1)若对任意若对任意x,yS 有有xy=yx,则称运算在则称运算在S上满足上满足交换律交换律.(2)若对任意若对任意x,y,zS有有(xy)z=x(yz),则称运算在则称运算在S上满足上满足结结合律合律.(3)若对任意若对任意xS 有有xx=x,则称运算在则称运算在S上
7、满足上满足幂等律幂等律.定义定义9.4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,(1)若对任意若对任意x,y,zS有有(x y)z=(xz)(yz),z(x y)=(zx)(zy),则称则称运算对运算对 运算满足运算满足分配律分配律.(2)若若 和和 都可交换都可交换,且对任意且对任意x,yS有有x(x y)=x,x(xy)=x,则称则称和和 运算满足运算满足吸收律吸收律.9本讲稿第九页,共三十六页实例实例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阶实阶实矩阵集合矩阵集合,n 2;P(B)为幂集;为幂集;AA为从为从A到到A的函数集,的函
8、数集,|A|2集合集合运算运算交交换换律律结结合律合律幂幂等律等律Z,Q,R普通加法普通加法+普通乘法普通乘法 有有有有有有有有无无无无Mn(R)矩矩阵阵加法加法+矩矩阵阵乘法乘法 有有无无有有有有无无无无P(B)并并 交交 相对补相对补 对称差对称差 有有有有无无有有有有有有无无有有有有有有无无无无AA函数复合函数复合 无无有有无无10本讲稿第十页,共三十六页集合集合运算运算分配律分配律吸收律吸收律Z,Q,R普通加法普通加法+与乘法与乘法 对对+可分配可分配+对对 不分配不分配无无Mn(R)矩矩阵阵加法加法+与乘法与乘法 对对+可分配可分配+对对 不分配不分配无无P(B)并并 与交与交 对对
9、 可分配可分配 对对 可分配可分配有有交交 与与对对称差称差 对对 可分配可分配无无实例实例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阶实阶实矩阵集合矩阵集合,n 2;P(B)为幂集;为幂集;AA为从为从A到到A的函数集,的函数集,|A|211本讲稿第十一页,共三十六页特异元素:单位元、零元特异元素:单位元、零元定义定义9.5设设为为S上的二元运算上的二元运算,(1)如果存在如果存在el(或或er)S,使得对任意,使得对任意xS 都有都有 elx=x(或或xer=x),则称则称el(或或er)是是S中关于中关于运算的运算的左左(或或右右)单位元单位元.若
10、若eS关于关于运算既是左单位元又是右单位元,则称运算既是左单位元又是右单位元,则称e为为S上上关于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.(2)如果存在如果存在 l(或或 r)S,使得对任意,使得对任意xS 都有都有 l x=l(或或x r=r),则称则称 l(或或 r)是是S 中关于中关于运算的运算的左左(或或右右)零元零元.若若 S 关于关于运算既是左零元又是右零元,则称运算既是左零元又是右零元,则称 为为S上关上关于运算于运算的的零元零元.12本讲稿第十二页,共三十六页可逆元素和逆元可逆元素和逆元(3)设设为为S上的二元运算上的二元运算,令令e为为S中关于运算中关
11、于运算 的单位元的单位元.对于对于xS,如果存在,如果存在yl(或或yr)S使得使得 ylx=e(或(或xyr=e)则称则称yl(或或yr)是是x的的左逆元左逆元(或(或右逆元右逆元).关于关于运算,若运算,若yS 既是既是x 的左逆元又是的左逆元又是x 的右逆元,则称的右逆元,则称y为为x的的逆元逆元.如果如果x 的逆元存在,就称的逆元存在,就称x 是是可逆的可逆的.13本讲稿第十三页,共三十六页实例实例集合集合运算运算单位元单位元零元零元逆元逆元Z,Q,R普通加法普通加法+普通乘法普通乘法 01无无0 x逆元逆元 xx逆元逆元x 1(x 1 给定集合给定集合)Mn(R)矩矩阵阵加法加法+矩
12、矩阵阵乘法乘法 n阶全阶全0矩阵矩阵n阶单位矩阵阶单位矩阵无无n阶全阶全0矩阵矩阵X逆元逆元 XX的逆元的逆元X 1(X可逆)可逆)P(B)并并 交交 对称差对称差 BB无无的逆元为的逆元为B的逆元为的逆元为BX的逆元为的逆元为X14本讲稿第十四页,共三十六页惟一性定理惟一性定理定理定理9.1设设为为S上的二元运算,上的二元运算,el和和er分别为分别为S中关于运算的中关于运算的左和右单位元,则左和右单位元,则el=er=e为为S上关于上关于运算的惟一的单位元运算的惟一的单位元.证:证:el=eler(er为右单位元为右单位元)eler=er(el为左单位元为左单位元)所以所以el=er,将这
13、个单位元记作将这个单位元记作e.假设假设e 也是也是S 中的单位元,则有中的单位元,则有e=ee =e.惟一性得证惟一性得证.类似地可以证明关于零元的惟一性定理类似地可以证明关于零元的惟一性定理.注意:注意:l当当|S|2,单位元与零元是不同的;,单位元与零元是不同的;l当当|S|=1时,这个元素既是单位元也是零元时,这个元素既是单位元也是零元.15本讲稿第十五页,共三十六页定理定理9.2设设为为S上可结合的二元运算上可结合的二元运算,e为该运算的单位元为该运算的单位元,对于对于xS 如果存在左逆元如果存在左逆元yl 和右逆元和右逆元yr,则有则有yl=yr=y,且且y是是x 的惟一的逆元的惟
14、一的逆元.证:由证:由ylx=e和和xyr=e得得 yl=yle=yl(xyr)=(ylx)yr=eyr=yr令令yl=yr=y,则则y 是是x 的逆元的逆元.假若假若yS 也是也是x 的逆元的逆元,则则 y=y e=y(xy)=(y x)y=ey=y所以所以y 是是x 惟一的逆元惟一的逆元.l说明:对于可结合的二元运算,可逆元素说明:对于可结合的二元运算,可逆元素x 只有惟一的逆只有惟一的逆元,记作元,记作x 1惟一性定理惟一性定理16本讲稿第十六页,共三十六页9.2代数系统代数系统定义定义9.6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组成组成的系统称为
15、的系统称为代数系统代数系统,简称代数,记做简称代数,记做.实例:实例:(1),是代数系统,是代数系统,+和和分别表示普通分别表示普通加法和乘法加法和乘法.(2)是代数系统,和是代数系统,和分别表示分别表示n 阶阶(n2)实矩实矩阵的加法和乘法阵的加法和乘法.(3)是代数系统,是代数系统,Zn0,1,n-1,和和 分别表示分别表示模模n的加法和乘法,对于的加法和乘法,对于x,yZn,x y=(xy)modn,x y=(xy)modn(4)是代数系统,是代数系统,和和 为并和交,为并和交,为绝对补为绝对补17本讲稿第十七页,共三十六页代数系统的成分与表示代数系统的成分与表示构成代数系统的成分:构成
16、代数系统的成分:l集合(也叫载体,规定了参与运算的元素)集合(也叫载体,规定了参与运算的元素)l运算(这里只讨论有限个二元和一元运算)运算(这里只讨论有限个二元和一元运算)l代数常数(通常是与运算相关的特异元素:如单位元等)代数常数(通常是与运算相关的特异元素:如单位元等)研究代数系统时,如果把运算具有它的特异元素也作为系统研究代数系统时,如果把运算具有它的特异元素也作为系统的性质之一,那么这些特异元素可以作为系统的成分,叫做的性质之一,那么这些特异元素可以作为系统的成分,叫做代数常数代数常数.例如:代数系统例如:代数系统:集合:集合Z,运算运算+,代数常数代数常数0代数系统代数系统:集合:集
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