【离散数学】代数结构

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代数的组成
1.载体,即非空集合
2.定义在载体上的封闭运算
3.代数常元,即载体上某些运算的特异元素(不一定存在)
代数通常用载体、运算和常数组成的n重组表示。

同时具备如下两条规则的几个代数称为同种类的:
1.如果两个代数包含相同个数的运算和常数,且对应运算的元数相同,则称两个代数有相同的构成成分。
2.要有一组相同的称为公理的规则
对同一种类的代数,根据它的公理推出的一切定理,对该种类的一切代数都成立。

代数运算
设A,B是非空集合,f是从A^{n}B的一个映射,则称f为从集合A^{n}B的一个n元代数运算,简称运算,n称为代数运算的阶。

运算的封闭性
f是从A^{n}B的一个n元运算,若B\subseteq A,则称该n元运算在集合A上是封闭的。
特别地,设f是从A到B的映射,则称f是一个在A上封闭的一元运算。设f是从A²到B的映射,则称f是一个在A上的封闭的二元运算。

交换律
设*是定义在集合A上的一个二元运算,如果任取x,y∈A,都有x*y=y*x,则称该二元运算是可交换的。

结合律
设*是定义在集合A上的一个二元运算,如果对于任意x,y,z∈A ,都有x*(y*z)=(x*y)*z,则称该二元运算是可结合的。

分配律
设*和+是定义在集合A上的二元运算,如果对任意的a,b,c∈A,都有
*对+左可分配,即a*(b+c)=(a*b)+(a*c)
*对+右可分配,即(b+c)*a=(b*a)+(c*a)
则称*对+是可分配的。

吸收律
设*和+是定义在集合A上的二元运算,如果对于任意的a,b∈A ,都有
*对+左可吸收,即a*(a+b)=a
*对+右可吸收,即(a+b)*a=a
则称运算*对+满足吸收律。

等幂律
设*是定义在集合A上的一个二元运算,如果对于任意x∈A,都有x*x=x,则称运算*满足等幂律。

消去律
设*是定义在集合上的一个二元运算,元素a∈A,如果对于任意x,y∈A,都有
a是左可消去的,即a*x=a*y\Rightarrow x=y                          
a是右可消去的,即x*a=y*a\Rightarrow x=y
则称a关于运算*是可消去的。若A中的所有元素都是可消去的,则称运算*满足消去律。

代数常元
代数系统中,针对某一代数运算表现出具有某些特殊性质的元素称为代数常元,常见的有:幺元、零元、逆元、等幂元等。

幺元
左幺元:设*是定义在集合A上的一个二元运算,若存在元素e,对于A中的任意元素x,都有e*x=x,则称e为A中关于运算*的左幺元。 
右幺元:设*是定义在集合A上的一个二元运算,若存在元素e,对于A中的任意元素元素x,都有x*e=x,则称e为A中关于运算*的右幺元。
幺元:设*是定义在集合A上一个二元运算,若存在元素e,它既是左幺元,又是右幺元,即对于A中的任意元素x,都有e*x=x*e=x,则称e为A中关于运算*的幺元,亦称作单位元。
相关定理:
设*是定义在集合A上的一个二元运算,且在A中有关于运算*的左幺元el和右幺元er,则el=er,且A中的幺元是唯一的。
证明:设el和er分别是A中关于运算*的左幺元和右幺元,则有el=el*er=er=e,假设另有幺元e'∈A, 则有e'=e'*e=e,结论得证。

零元
左零元:设*是定义在集合A上的一个二元运算,若存在元素θ∈A,对于A中的任意元素x,都有θ*x=θ,则称θ为A中关于运算*的左零元。
右零元:设*是定义在集合A上的一个二元运算,若存在元素θ∈A,对于A中的任意元素x,都有x*θ=θ,则称θ为A中关于运算*的右零元。
零元:设*是定义在集合A上一个二元运算,若存在元素θ,它既是左零元,又是右零元,即对于A中的任意元素x,都有θ* x=x*θ=θ,则称θ为A中关于运算*的零元。
相关定理:
设*是定义在集合A上一个二元运算,且在A中有关于运算*的左零元θl和右零元θr,那么θl=θr,且A中的零元是唯一的。
证明:设θl和θr分别是A中关于运算*的左零元和右零元,则有θr=θl*θr=θl=θ,假设另有零元θ'∈A, 则有θ'=θ'*θ=θ,结论得证。

逆元
设<A,*>是一个代数系统,*是定义在集合A上的一个二元运算,e是A中关于运算*的幺元。存在x,y∈A,如果x*y=e,那么关于运算*,x是y的左逆元,y是x的右逆元。如果x*y=y*x=e,那么关于运算*,x与y互为逆元。x的逆元记为x^{-1}。  
相关定理:
设<A,*>是一个代数系统,*是定义在集合A上的一个二元运算,e是A中关于运算*的幺元。若运算*是可结合的,元素x有左逆元l和右逆元r,则l=r,且逆元唯一。
证明:因为e是A中关于运算*的幺元且x有左逆元l和右逆元r,则有l*x=x*r=e,又运算是可结合的,所以l=l*e=l*(x*r)=(l*x)*r=e*r=r。设元素x有两个逆元b和c,那么b=b*e=b*(x*c)=(b*x)*c=e*c=c,因此,x的逆元是唯一的。

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