Реферат по предмету "Математика"


Понятие бинарной алгебраической операции

Говорят, что на множестве S определена (бинарная) алгебраическая операция (АО) « *», если для всяких двух его элементов x и y однозначно определен элемент z=x*y называемый композицией или произведением элементов x и y. Примерами таких операций могут служить обычные операции сложения, вычитания или умножения на множестве всех действительных (или комплексных ) чисел, операция умножения на множестве всех квадратных матриц данного порядка ,операция композиции на множестве всех перестановок из N элементов, операция векторного перемножения на множестве всех векторов трехмерного пространства.
Само по себе понятие АО является слишком общим, чтобы допускать сколько ни будь глубокое изучение. В алгебраических теориях обычно рассматривают операции, обладающие рядом дополнительных свойств. Перечислим некоторые из них. Свойство ассоциативности (1) Во всех перечисленных выше примерах АО это свойство выполняется, за исключением операции вычитания и операции векторного произведения. Из свойства (1) вытекает, что произведение любого числа сомножителей однозначно определено, так как не зависит от того, как в этом произведении расставлены скобки, например Разумеется, при этом нельзя нарушать порядок сомножителей. Наличие свойства ассоциативности позволяет определить степень любого элемента с натуральным показателем. А именно: (n сомножителей). При этом выполняются обычные правила действий со степенями: , Свойство коммутативности (2) Это свойство выполняется для сложения и умножения чисел, но нарушается для умножения матриц и композиции перестановок. Разумеется, из (2) вытекает, что в случае ассоциативной и коммутативной АО мы имеем право переставлять любым способом сомножители в произведении любого их числа. Кроме того, в этом случае Наличие нейтрального элемента (3) Элемент n в этом случае называется нейтральным для АО (*). Для операции сложения чисел нейтральным является число ноль, для операции умножения - число единица. Для умножения матриц нейтральным элементом будет единичная матрица, для композиции перестановок - тождественная перестановка. В случае векторного перемножения векторов нейтральный элемент отсутствует. Отметим, что в (3) квантор существования предшествует квантору всеобщности, то есть элемент n не зависит от выбора x. В случае существования единственного нейтрального элемента и ассоциативности операции можно определить степень с нулевым показателем: для всякого элемента x. Упомянутые выше свойства степеней при этом сохраняются. Наличие обратного элемента Это понятие имеет смысл в случае наличия нейтрального элемента для операции (*). Элемент называется обратным для элемента x, если (4) Для сложения чисел обратный элемент существует для любого числа и равен противоположному числу. Для умножения обратный элемент так и называется и существует у любого числа, кроме 0. В случае умножения матриц обратный элемент равен обратной матрице и существует в том случае, если эта матрица невырождена, то есть ее определитель не равен нулю. Элементы для которых существует обратный называются обратимыми. Из условия (4) сразу вытекает, что элемент всегда обратим и обратным для него будет исходный элемент x. Кроме того в случае ассоциативной операции произведение двух обратимых элементов снова будет обратимым элементом и при этом . В самом деле: и аналогично Если элемент определен однозначно, можно определить степени x с отрицательным целым показателем, а именно: , где m=1,2, . . При этом сохраняются обычные правила действий со степенями. Замечание В конкретных алгебраических системах алгебраическая операция чаще всего обозначается либо знаком (+) и называется сложением , либо знаком (.) и называется умножением. В первом случае говорят об аддитивном, а во втором о мультипликативном способе записи операции. Операция записанная аддитивно как правило считается коммутативной. В этом случае вместо термина «обратный» используется термин «противоположный элемент», который, естественно, обозначается (-x), а вместо степени элемента говорят о его кратных (nx). Понятие группы Определение Множество G на котором определена бинарная операция (*) называется группой (G,*), если выполняются условия: 1. Операция (*) ассоциативна. 2. Для операции существует нейтральный элемент. 3. Все элементы G обратимы. Примеры групп 1. R- группа действительных чисел с операцией сложения. ( аддитивная группа действительных чисел) 2. C - аддитивная группа комплексных чисел. 3. - группа ненулевых действительных чисел с операцией умножения ( мультипликативная группа действительных чисел) 4. - мультипликативная группа комплексных чисел. 5. - группа невырожденных матриц порядка n с действительными элементами. (Аналогично, ) 6. - группа перестановок множества 1,2, ., n. Во всех этих примерах наличие свойств 1- 3 не вызывает сомнений. Прежде чем приводить другие примеры групп укажем некоторые простейшие свойства этих алгебраических систем. Во всех последующих формулировках считается, что x, y, z, . - элементы некоторой группы G. 1. Закон сокращения (левое сокращение) (правое сокращение) Докажем, например, первый закон. Используем существование обратного элемента и свойство ассоциативности операции.

y=z. 2. Единственность нейтрального элемента В любой группе нейтральный элемент определен однозначно. В самом деле, если и оба являются нейтральными, то по определению и в то же время , откуда . Единственный нейтральный элемент группы G будет в дальнейшем обозначаться или просто e. 3. Единственность обратного элемента Для каждого элемента x обратный элемент определен однозначно. В самом деле, если элементы y и z являются обратными для x, то y*x=e и z*x=e, откуда y*x=z*x и по закону сокращения y=z. 4. Признак нейтрального элемента Действительно, поскольку , имеем , откуда по закону сокращения получаем . 5. Разрешимость любого уравнения первой степени (существование обратной операции) . Элемент z определен однозначно. (Его можно назвать «частным» от деления y на x). Имеем: и значит можно взять . Однозначность следует из закона сокращения: . Понятие подгруппы Определение Группа называется подгруппой группы , если, во первых (как подмножество) и, во-вторых, (то есть закон умножения на подмножестве H такой же как и во всем множестве G.) Тот факт, что является подгруппой в обозначается с помощью символа включения: или просто . Примеры подгрупп. 1. Целые числа с операцией сложения (Z) образуют подгруппу в группе R, которая, в свою очередь является подгруппой группы C. 2. Четные перестановки образуют подгруппу в группе всех перестановок. 3. Матрицы с определителем 1 образуют подгруппу в группе всех невырожденных матриц. Чтобы проверить, будет ли данное подмножество H в G подгруппой надо, очевидно, проверить следующие условия : 1. 2. 3. . Оказывается, что вместо трех этих условий достаточно проверить только одно. Признак подгруппы Непустое подмножество H в группе G будет подгруппой этой группы тогда и только тогда, когда: . (5) Доказательство. Условие (4) очевидно следует из 1 -3. Проверим обратное утверждение. Взяв в (5) y=x, получим: , то есть выполнено второе условие. Теперь возьмем , тогда получим: и таким образом условие 3. также выполнено. Наконец, взяв в условии (5) , получим , то есть условие 1.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.