离散数学中的群、环和域是抽象代数的核心概念,它们是研究数学结构和运算规律的基础工具。在第7章“群、环和域”中,我们将深入探讨这些概念。
我们来理解“半群”。半群是一个非空集合S与定义在S上的二元运算*的组合,要求*满足结合律,即对于所有S中的元素a, b, c,都有(a * b) * c = a * (b * c)。常见的例子包括整数集上的加法和乘法,以及集合的并集和交集运算。若在半群中,运算*还满足交换律,那么半群就被称为可换半群。子半群是指在半群S中,由S的一个子集B构成的,且运算*在B上封闭的半群。
接着,我们引入了“独异点”,也就是含幺半群。独异点是在半群的基础上,增加了一个单位元e,它满足对任何元素a∈S,都有a * e = a = e * a。单位元的存在使得半群的运算更加具有实用性,因为它提供了运算的恒等元素。
群是独异点的进一步扩展,要求其运算还满足逆元性质,即对于每个元素a在群中都存在一个元素b,使得a * b = e = b * a,这个b称为a的逆元。群的典型例子是整数集上的加法群和乘法群,其中每个元素都有它的逆元(如加法群中,-a是a的逆元;乘法群中,1/a是a的逆元,前提是a不为0)。
阿贝尔群是特殊的群,它的运算不仅满足结合律和逆元性质,还满足交换律。置换群是群的一个重要类型,它的元素是对某个集合进行排列的置换操作。
接下来,我们讨论了子群的概念,它是群G的一个子集H,满足H与G有相同的运算,并且H本身是一个群。陪集和拉格朗日定理是群论中的重要工具,它们帮助我们理解和分析群的结构。正规子群是满足特定条件的子群,它在群的同态下保持不变,这在研究群的同构和商群时至关重要。
环是另一种代数结构,它包含两个运算:一个是加法,满足群的性质;另一个是乘法,可能不满足交换律。环的例子包括整数环和复数环。域是环的特殊形式,除了加法和乘法外,乘法还需满足除法(除了零元外的元素都有逆元)。例如,实数域和复数域都是典型的域。
这一章的内容深入浅出地介绍了抽象代数的基本概念,这些概念不仅在理论数学中占有重要地位,也在计算机科学、物理学和其他科学领域中有广泛应用。通过学习群、环和域,我们可以更好地理解和处理各种数学结构和运算。