Кольца. Примеры колец. Гомоморфизмы и изоморфизмы колец. Подкольца. Кольцо целых чисел
Кольца. Примеры колец. Гомоморфизмы и изоморфизмы колец. Подкольца. Кольцо целых чисел
Для изучения предлагаются понятия кольца, коммутативного кольца и области целосности, гомоморфизма и изоморфизма колец, подкольца, а так же свойства кольца целых чисел.
п.1. Понятие кольца.
Определение. Алгебра
,
где
-
бинарные операции,
-
унарная операция,
называется кольцом, если выполнены
аксиомы.
I.
-
абелева группа.
1)
2)
3)
4)
II. 1)
-
ассоциативность умножения.
2) законы дистрибутивности:
-
левый дистрибутивный закон,
-
правый дистрибутивный закон.
-
называется аддитивной группой кольца.
Определение. Кольцо
называется кольцом с единицей
,
если существует
Определение. Кольцо
называется коммутативным, если
Определение. Элементы
называются делителями
,
если
Определение. Кольцо
называется областью целостности, если
оно обладает свойствами:
Кольцо
-
коммутативно.
Кольцо
с единицей
,
где
.
Кольцо не имеет делителей нуля.
п.2. Примеры колец.
Рассмотрим
.
Операции
-
бинарная операция на множестве
,
операция
-
унарная операция на множестве
,
,
значит
-
алгебра. Аксиомы кольца на множестве
выполнены, это следует из свойств целых
чисел, значит
-
кольцо. Это кольцо с единицей 1, так как
и
.
Это коммутативное кольцо, так как
.
Это кольцо без делителей нуля. Кольцо
целых чисел является областью целостности.
Пусть
-
множество целых чётных чисел,
-
алгебра, кольцо без единицы, коммутативное,
без делителей нуля, не является областью
целостности.
-
проверим, будет ли на множестве
-
кольцо.
-
бинарная операция на множестве
.
-
бинарная операция на множестве
.
-
унарная операция на множестве
.
Значит
-
алгебра.
Аксиомы кольца для данной алгебры
выполнены, так как
,
а на
аксиомы выполнены (из свойств действительных
чисел), значит
-
это кольцо.
.
.
Кольцо с единицей
-
это коммутативное кольцо без делителей
нуля, является областью целостности.
Пусть
.
Определим операции
,
;
,
.
-
бинарные операции на множестве
значит
-
унарная операция на множестве
.
,
,
значит
-
алгебра. Проверим, является ли эта
алгебра кольцом. Для этого проверим
аксиомы кольца. Равенство
-
равенство функции:
из определения операций. Рассмотрим
произведение
,
вычислим значения левой и правой частей
от
а)
б)
.
Аналогично проверяется, что все аксиомы
кольца выполнены, значит
является кольцом. Это кольцо с единицей
.
Действительно,
(свойство единицы). Это коммутативное
кольцо, так как
.
Покажем, что это кольцо с делителями
нуля. Пусть
,
,
,
(нулевая функция). Вычислим
(равно нулевой функции). Значит
,
-
делители нуля, значит кольцо
-
не является областью целостности.
п.3. Простейшие свойства кольца.
Пусть
-
кольцо. Выпишем и проверим аксиомы
кольца:
.
Доказательство.
-
абелева группа, имеем
.
Доказательство.
-
абелева группа, имеем
.
,
если
,
если
.
Доказательство. По закону
сокращения в группе, определенной на
множестве
.
,
если
,
если
.
Доказательство. Следует из свойства 4 групп.
если
,
если
.
Доказательство. Следует из 5 свойства групп.
.
Доказательство. Следует из 6 свойства групп.
.
Доказательство. Докажем, что
.
.
Доказательство. Докажем, что
рассмотрим сумму
.
Аналогично доказывается, что
.
.
Обозначение:
.
(правый дистрибутивный закон),
(левый дистрибутивный закон).
Доказательство. Правый
дистрибутивный закон: левая часть равна
равна правой части. Аналогично доказывается
левый дистрибутивный закон.
.
Доказательство. Вычислим сумму
.
п.4. Гомоморфизмы и изоморфизмы колец.
Дано два кольца
и
.
Определение. Гомоморфизмом
кольца
в кольце
называется функция
и обладающая свойствами:
Другими словами, гомоморфизм
колец – это отображения, сохраняющие
все операции кольца. Если
-
гомоморфизм кольца
в
,
то
-
гомоморфизм абелевых групп
в группу
.
Теорема. Пусть
и
-
кольца и
,
обладающих свойствами:
Тогда
-
гомоморфизм колец.
Доказательство. Из свойства
является гомоморфизмом групп
и
,
поэтому
обладает свойствами:
,
,
значит по определению
-
гомоморфизм колец.
Определение. Отображение
называется изоморфизмом кольца
на
,
если
обладает свойствами:
-
гомоморфизм колец.
-
биекция.
Другими словами: изоморфизм – это гомоморфизм, являющийся биекцией.
п.5. Подкольца.
Пусть
-
кольцо,
,
.
Определение. Множество
-
замкнуто относительно операции
,
если
.
Множество
-
замкнуто относительно операции
,
если
.
Множество
-
замкнуто относительно операции
,
если
.
Теорема. Пусть
-
кольцо,
,
,
если
-
замкнуто относительно операции
,
то
-
кольцо, которое называется подкольцом,
кольца
.
Доказательство.
-
бинарные операции,
-
унарная операция, так как
-
замкнутое множество. Так как
,
то существует
,
так как
-
замкнуто относительно операции
,
то
,
значит
-
алгебра, так как аксиомы выполнены на
,
то они выполнены и на
,
потому алгебра
-
кольцо.
Теорема. Пусть
-
числовое кольцо с единицей 1, тогда оно
содержит подкольцо целых чисел.
п.6. Аксиоматическое определение кольца целых чисел.
Алгебраическая система
,
где
бинарные операции,
-
унарная операция,
,
,
называется системой целых чисел, если
выполнены три группы аксиом:
I.
-
кольцо.
Абелева группа
Аддитивная группа
II. Множество
-
замкнуто относительно операций
и алгебраическая система
является системой натуральных чисел
(системой Пеано).
Для
,
Для
,
Для
,
Для
,
Для
,
Для
,
Аксиома индукции: пусть
.
Если множество
удовлетворяет условиям:
а)
б)
,
,
то
III. Аксиома минимальности.
Если
и обладает свойствами:
а)
б)
,
то
.
Свойства целых чисел.
Теорема 1. О делении с остатком.
|
,
где
.
Число
называется делимым,
-
делителем,
-
частным,
-
остатком при делении
на
.
Доказательство. Докажем
существование хотя бы одной пары чисел
,
.
Для этого рассмотрим множество
.
Множество
содержит как отрицательные, так и
неотрицательные числа, пусть
-
наименьшее неотрицательное число в
,
тогда
.
Докажем, что
,
предположим противное
.
Рассмотрим число
.
противоречие с выбором
.
Доказано, что
,
.
Докажем единственность чисел
и
,
пусть
.
,
.
Докажем, что
,
предположим противное
.
Пусть
.
Имеем
противоречие, так как между числами
нет чисел, делящихся на
.
Доказано, что
,
если
,
то
,
а отсюда следует, что
.
Доказана единственность чисел
и
.
Список литературы
Е.Е. Маренич, А.С. Маренич. Вводный курс математики. Учебно-методическое пособие. 2002
В.Е. Маренич. Журнал «Аргумент». Задачи по теории групп.
Кострикин А.И. Введение в алгебру. Ч.1 Основы алгебры. – М.: Физмат лит-ра, 2000
Кострикин А.И. Введение в алгебру. Ч.2 Основы алгебры. – М.: Физмат лит-ра, 2000
Кострикин А.И. Введение в алгебру. Ч.3 Основные структуры алгебры. – М.: Физмат лит-ра, 2000
Кострикин А.И. Сборник задач по алгебре. Изд. третье – М.: Физмат лит-ра, 2001
Для подготовки данной применялись материалы сети Интернет из общего доступа