67579

Множества с двумя алгебраическими операциями. Кольца и поля

Лекция

Математика и математический анализ

Множество с двумя алгебраическими операциями R называется кольцом если R абелева группа аддитивная группа кольца R. Элементы такого кольца R имеющие обратные относительно операции умножения называются обратимыми а их множество обозначается через...

Русский

2014-09-12

192.5 KB

0 чел.

Лекция№8

Множества с двумя алгебраическими операциями. Кольца и поля.

         Пусть на множестве R определены две алгебраические операции, которые мы будем называть сложением и умножением и обозначать соответственно + и *. Говорят, что умножение обладает свойством (правой) дистрибутивности относительно сложения, если

.                                            (1)

Аналогично определяется свойство левой дистрибутивности. Разумеется, если операция умножения коммутативна, эти свойства равнозначны. В общем случае говоря о свойстве дистрибутивности мы будем подразумевать двустороннюю дистрибутивность. Предположим, что операция+ на R имеет нейтральный элемент, обозначаемый 0.  Положив в равенстве (1)  y = z = 0, получим: x*0 = x*0 + x*0, откуда,  при наличии свойства сокращения для операции +   , получаем, что x*0 = 0. Если для элемента y имеется противоположный элемент (-y), то взяв в том же равенстве z = -y, получим: 0 = x*0 = x*y + x*(-y) и, значит,  x*(-y) = -x*y.

Определение.

Множество с двумя алгебраическими операциями R(+,*) называется кольцом, если

(R,+) - абелева группа (аддитивная группа кольца R).

Умножение в R дистрибутивно относительно сложения.

Дополнительные свойства операции умножения отмечаются с помощью соответствующих прилагательных перед словом кольцо. Так ассоциативное кольцо - это кольцо, в котором операция умножения обладает свойством ассоциативности. Аналогичный смысл имеет термин коммутативное кольцо. Наличие нейтрального элемента для операции умножения выражают термином кольцо с единицей (  этот нейтральный элемент называют единицей и обозначают  или просто e ); При этом дополнительно предполагается, что кроме свойств 1  и 2 выполнено  

0.

Элементы такого кольца R, имеющие обратные относительно операции умножения,  называются обратимыми , а их множество обозначается через . Отметим, что для ассоциативного кольца с единицей множество  является группой по умножению, называемой мультипликативной группой кольца R. Поскольку  в кольце R с единицей             x*0 = 0e , элемент 0 из R необратим. В случае ассоциативного кольца не будет обратим и такой элемент y0, для которого можно найти такое z0, что y*z = 0. Такой элемент y называется (левым) делителем нуля.

Определение.

Полем называется такое ассоциативное коммутативное кольцо с единицей k, в котором всякий ненулевой элемент обратим: .

Таким образом, по определению в поле отсутствуют делители нуля.

Примеры колец и полей.

Хорошо известными примерами полей являются, конечно, поля R,Q, и C соответственно вещественных, рациональных и комплексных чисел . Отметим, что любое поле содержит по крайней мере 2 элемента - 0 и e. Этот «минимальный» запас элементов и достаточен для образования поля: операции определяются очевидным образом ( отметим только, что e+e=0). Построенное поле из двух элементов обозначается GF(2) (по причинам, которые будут ясны в дальнейшем). Напомним также, что если p - простое число, то все вычеты по модулю p, кроме 0, обратимы относительно операции умножения. Значит, рассматривая группу  с дополнительной операцией умножения, мы получаем поле из p элементов, которое обозначается GF(p).

Множество Z целых чисел с операциями сложения и умножения дает важный пример ассоциативного коммутативного кольца с единицей. Аддитивная группа этого кольца - хорошо известная нам бесконечная циклическая группа. Мультипликативная группа  содержит всего 2 элемента 1 и -1 и потому изоморфна . Элементы, не входящие в  необратимы, хотя и не являются делителями нуля.

Пусть R - любое ассоциативное коммутативное кольцо. Множество- квадратных матриц порядка n с элементами из кольца R образует кольцо относительно операций сложения и умножения матриц. Отметим, что кольцо матриц ассоциативно, но, вообще говоря, не коммутативно. Если R содержит единицу , то матрица  Е =  diag(,,...,) ,будет единицей кольца матриц. Заметим, что для любой матрицы   имеет смысл понятие определителя det(A)  R, причем det(AB)=det(A)det(B). Если det(A) обратимый элемент кольца R, то матрица A обратима в кольце матриц: , где - присоединенная к А матрица (то есть транспонированная матрица из алгебраических дополнений). Таким образом, = - группа матриц порядка n с обратимым определителем.  В случае поля R это означает, что det(A) 0, то есть матрица невырождена. С другой стороны, в этом случае любая вырожденная матрица  будет делителем нуля. В самом деле, из det(A) = 0 следует, что столбцы А линейно зависимы: , причем не все коэффициенты нулевые. Построим ненулевую матрицу В, взяв  в качестве ее первого столбца и считая прочие элементы В нулевыми. Тогда  А*В = 0 и значит А - делитель нуля.

Пусть снова R любое ассоциативное коммутативное кольцо и x - некоторый символ. Формальная сумма вида p= , где  называется многочленом над кольцом R.  Если  , то число n называется степенью этого многочлена и обозначается deg(p). Нулевой многочлен не имеет степени. Многочлены над R можно складывать и перемножать по обычным правилам и они образуют кольцо R[x]. Если кольцо R имеет единицу е, то многочлен нулевой степени p=e будет единицей кольца R[x]. Если R не имеет делителей нуля, то deg(pq)=deg(p)+ deg(q) и потому R[x] также не имеет делителей нуля. В то же время обратимыми элементами кольца многочленов будут в точности обратимые элементы R, рассматриваемые как многочлены нулевой степени. Отметим, что эта конструкция позволяет рассматривать и многочлены от нескольких переменных: по определению, R[x,y] =R[x][y] (=R[y][x]).

Определение.

Подмножество  называется подкольцом, если оно является кольцом относительно тех же операций, которые определены в R.

Это означает, что К является подгруппой аддитивной группы R и замкнуто относительно умножения: . Отметим, что если R обладает свойством ассоциативности , коммутативности или отсутствием делителей нуля, то  и К обладает теми же свойствами. В то же время, подкольцо кольца с единицей может не иметь единицы. Например, подкольцо четных чисел 2Z Z не имеет единицы. Более того, может случиться, что и R и K имеют единицы, но они не равны друг другу. Так будет, например, для подкольца , состоящего из матриц с нулевой последней строкой и последним столбцом; =diag(1,1,...,1,0)  =diag(1,1,...,1).

Определение.

Гомоморфизмом колец  называется отображение, сохраняющее обе кольцевые операции:  и . Изоморфизм - это взаимно однозначный гомоморфизм.

Ядро гомоморфизма  - это ядро группового гомоморфизма  аддитивных групп , то есть множество всех элементов из R, которые отображаются в .

Пусть снова - некоторое подкольцо. Поскольку (К,+) - подгруппа коммутативной группы (R,+), можно образовать факторгруппу R/K, элементами которой являются смежные классы  r+K. Поскольку К*К К,  для произведения двух смежных классов имеет место включение: (r+K)*(s+K) r*s+r*K+K*s+K.

Определение.

Подкольцо К называется идеалом кольца R, если : x*K K и    K*yK.

Мы видим, что если К является идеалом в R, произведение смежных классов     (r+K)*(s+K) содержится в смежном классе r*s+K. Значит в факторгруппе R/K определена операция умножения, превращающая ее в кольцо, называемое факторкольцом кольца R по идеалу К.

Примеры.

Подкольцо nZ является идеалом  кольца Z, поскольку для любого целого m m(nZ) nZ. Факторкольцо Z/nZ - это множество вычетов по модулю n с операциями сложения и умножения. Отметим, что если число n не является простым, то Z/nZ имеет делители нуля.

Пусть IR[x] - множество всех многочленов , у которых =0. Удобно записать: I = xR[x]. Поскольку p*I =(p*x)R[x] I, мы имеем идеал кольца многочленов. Каждый смежный класс q+I содержит элемент . Значит, (q+I)*(s+I) = (+I)*(+I) =*+I.

В развитие предыдущего примера рассмотрим некоторое ассоциативное коммутативное  кольцо S. Если  любой его элемент, то множество I=x*S является идеалом кольца S, называемым главным идеалом с образующим элементом x. Этот идеал обозначается (x).  Если S кольцо с единицей и элемент x обратим, то (x)=S.

Если кольцо S является полем, то всякий ненулевой идеал I в S совпадает со всем полем. В самом деле, если , x 0, то для всякого имеем: , откуда .

Пусть I идеал кольца R. Сопоставляя каждому элементу  смежный класс r+I, получаем сюръективный гомоморфизм  . Этот гомоморфизм называется естественным гомоморфизмом кольца на факторкольцо.

Замечание.

Свойства ассоциативности, коммутативности и наличия единицы очевидно сохраняются при переходе к факторкольцу. Напротив, отсутствие в R делителей нуля еще не гарантирует их отсутствие в факторкольце (см. пример 1).

Теорема об ядре.

Ядро гомоморфизма колец является идеалом.

Доказательство.

Пусть - гомоморфизм колец, I =Ker,  - любой элемент. Тогда, (x*I) =(x)* (I) =(x)*0 =0. Значит, x*I Ker =I. Аналогично проверяется, что I*xI.

Теорема о гомоморфизме для колец.

Пусть - сюръективный гомоморфизм колец. Тогда S изоморфно факторкольцу R/Ker. Если эти изоморфные кольца отождествить, то  отождествляется с естественным гомоморфизмом кольца R на свое факторкольцо.

Доказательство этой теоремы аналогично доказательству соответствующей теоремы для групп и мы его опускаем.

Пример.

Пусть K - кольцо многочленов R[x], : KC - гомоморфизм, сопоставляющий каждому многочлену p его значение в точке i : (p) =p(i). Ядро этого гомоморфизма составляют многочлены, представимые в виде:    (+1)*q(x), где q - любой многочлен. Можно записать: Ker =(+1). По теореме о гомоморфизме .

    


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34074. Инвентаризация земель в Российской Федерации 23 KB
  Впервые об инвентаризации земель был принят Указ Президента в 1993 г. Процедура порядок инвентаризации. Для инвентаризации земель создаётся специальная комиссия в состав которой включаются представители Росреестра природоохранных органов архитектурноградостроительных и санитарноэпидемиологических органов органов сельского лесного хозяйства представители органов местного самоуправления собственников землевладельцев землепользователей и арендаторов. В результате инвентаризации на каждый земельный участок устанавливается...
34075. Порядок предоставления земельных участков для целей не связанных со строительством 32.5 KB
  С точки зрения процессуальной предоставление земельных участков для целей не связанныхсо строительством не выходит за рамки тех действий которые установлены законодательством для случаев предоставления земель для строительства и которые были изложены выше: подача заявки в компетентный орган формирование земельного участкапринятие решения о его предоставлении государственный кадастровый учет и государственная регистрация прав на земельный участок. 34 ЗК РФ жестко устанавливают обязательные рамки процедуры формирования...
34076. Понятие и содержание управления земельными ресурсами 27.5 KB
  Понятие и содержание управления земельными ресурсами. Управление земельными ресурсами землями это организующая деятельность компетентных органов исполнительной власти по обеспечению рационального использования и охраны земель всеми субъектами земельных отношений. Общее управление земельными ресурсами осуществляется органами общей и специальной компетенции и имеет территориальный характер т. Ведомственное отраслевое управление земельными ресурсами осуществляется государственными комитетами федеральными агентствами федеральными службами...
34077. Порядок предоставления земельных участков для строительства 28.5 KB
  Предоставление земельного участка для строительства без предварительного согласования места размещения объекта осуществляется в следующем порядке: проведение работ по формированию земельного участка подготовка проекта границ земельного участка и установление его границ на местности; определение разрешенного использования земельного участка; определение технических условий подключения объектов к сетям инженернотехнического обеспечения; принятие решения о проведении торгов конкурсов аукционов или предоставлении земельных участков без...
34078. Особенности предоставления земельных участков для жилищного строительства 30 KB
  Все другие условия предоставления земельного участка и развития застроенной территории определяются договором о развитии застроенной территории который заключается между лицом подавшим заявление о предоставлении участка и соответствующим органом местного самоуправления. Согласованный и подписанный сторонами договор является основанием для принятия органом местного самоуправления решения о предоставлении земельного участка. Указанное решение является основанием для формирования земельного участка и проведения его государственного кадастрового...
34079. Понятие и общая характеристика земельного процесса 54.5 KB
  Понятие и общая характеристика земельного процесса. Каждому разделу материальноправовых норм земельного права соответствуют процессуальные земельноправовые нормы. Установлен порядок возбуждения дела о предоставлении земельного участка определены органы и сроки рассмотрения ходатайства порядок подготовки документации об изъятии и предоставлении участка форма и содержание принятого решения права и обязанности сторон при рассмотрении вопроса и др. Виды земельного процесса Основания классификации земельного процесса Каждой...
34080. Понятие и признаки права собственности на землю в РФ 54 KB
  Понятие и признаки права собственности на землю в РФ. Право собственности является наиболее полным по содержанию правом на имущество. Выступая в качестве объекта права собственности земля приобретает особенные правовые черты она становится имуществом или вещью тем предметом гражданского а теперь и земельного права который отличают особые юридические признаки. Право собственности на землю в России и реформа Современная правовая ситуация в России характерна тем что земельные проблемы и в особенности проблемы права собственности на землю...
34081. Право государственной и муниципальной собственности на землю 36 KB
  Право государственной и муниципальной собственности на землю. Особенность субъектов государственной собственности в том что они обладают правом территориального верховенства. В соответствии с ГК в государственной собственности находятся все земли за исключением земель находящихся в муниципальной или частной собственности презумпция государственной собственности на землю. Порядок разграничения государственной собственности на землю определяется Земельным кодексом Законом âО введении в действие Земельного кодексаâ Закона âО...
34082. Право частной собственности на земельные участки: общая характеристика, субъекты права собственности 31.5 KB
  Право частной собственности на земельные участки: общая характеристика субъекты права собственности. Частная собственность на земельные участки. Исключения: иностранцы лица без гражданства а также российские юридические лица в уставном складочном которых доля иностранцев и лиц без гражданства более 50 могут использовать земли сельскохозяйственного назначения только на праве аренды ФЗ âОб обороте земель сельскохозяйственного назначенияâ; земельные участки расположенные на территории ЗАТО могут приобретать российские...