РефератыМатематикаПоПоложительные и ограниченные полукольца 2

Положительные и ограниченные полукольца 2

Федеральное агентство по образованию


Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Вятский государственный гуманитарный университет


Математический факультет


Кафедра алгебры и геометрии


Выпускная квалификационная работа


Положительные и ограниченные полукольца


Выполнил:


студент V курса математического факультета


Ворожцов Вячеслав Андреевич _____


Научный руководитель:


кандидат физико-математических наук, доцент кафедры алгебры и геометрии В.В. Чермных ________


Рецензент:


доктор физико-математических наук, профессор кафедры алгебры и геометрии Е.М. Вечтомов _______


Допущена к защите в государственной аттестационной комиссии


«___» __________2005 г. Зав. кафедрой Е.М. Вечтомов


«___»___________2005 г. Декан факультета В.И. Варанкина


Киров


2005


Содержание


Введение........................................................................................................... 3


Глава 1. Основные понятия теории полуколец ............................................. 4


1.1. Определение полукольца. Примеры.................................................. 4


1.2. Дистрибутивные решетки.................................................................... 5


1.3. Идеалы полуколец............................................................................... 6


Глава 2 Положительные и ограниченные полукольца.................................. 7


2.1. Определение и примеры положительных и ограниченных полуколец 7


2.2. Основные свойства положительных и ограниченных полуколец..... 7


Библиографический список........................................................................... 16


Введение


Теория полуколец – это раздел современной алгебры, обобщающий как кольца, так и дистрибутивные решетки. Понятие полукольца возникло в 30-х годах прошлого столетия. Как самостоятельная теория полукольца начали изучаться в 50-е годы. Особенно интенсивно теория полуколец развивается последние 20 лет, что вызвано не только теоретическим интересом, но и многочисленными ее приложениями.


Целью данной работы является изучение классов положительных и ограниченных полуколец, рассмотрение основных свойств данных алгебраических объектов, часть из которых доказывается автором работы самостоятельно; приведены примеры полуколец.


Работа состоит из 2 глав. В первую главу вошли основные определения и факты, на которые опирается эта работа. Вторая – основная часть всей работы, в ней рассмотрены определения и свойства положительных и ограниченных полуколец, приведены примеры, доказаны некоторые теоремы.


Глава
I
. «Основные понятия теории полуколец».


1.1. Определение полукольца. Примеры.


Определение полукольца
: Непустое множество S
с бинарными операциями +
и · называется полукольцом
, если выполняются следующие аксиомы:


1. (
S
,+)
– коммутативная полугруппа с нейтральным элементом 0;


· Ассоциативность: ;


· Коммутативность: ;


· Существование нейтрального элемента: .


2. (
S
,·)
– полугруппа:


· Ассоциативность: ;


3. Умножение дистрибутивно относительно сложения:


· левая дистрибутивность: а(в+с)=ав+ас
;


· правая дистрибутивность: (а+в)с=ас+вс
.


4.
Мультипликативное свойство0:


· .


Эта аксиоматика появилась в 1934 году и ее автором является Вандовер.


Полукольцо Sназывается коммутативным
, если операция в нем коммутативна: .


Полукольцо Sназывается полукольцом с единицей
, если в нем существует нейтральный элемент по умножению, который называется единицей (1)
:


Примеры полуколец:


1. <
N
,+,·>,
где N
– множество неотрицательных целых чисел с обычными операциями +
и ·;


2. <{0},+,·>
- тривиальное полукольцо;


3. Двухэлементные полукольца:<Z
2
,+,·>, <В,+,·> (в В 1+1=1);


4. Множество матриц с элементами из полукольца N
и операциями + и ;


5. Множества N, Z, Q+
, Q, R+
, R и введенных на них различных комбинаций операций: обычные сложение и умножение, максимум и минимум двух чисел, НОД и НОК, когда они определены.


Полукольцо с импликацией называется мультипликативно (аддитивно) сократимым
.


Полукольцо, в котором выполняется равенство , называется мультипликативно (аддитивно) идемпотентным.


1.2. Дистрибутивные решетки
.


Пусть L
– произвольное множество. Введем наL
отношение положив,


.


Отношением порядка
называется рефлексивное, транзитивное, антисимметричное бинарное отношение на множестве L
, при этом множество L
назовем частично упорядоченным множеством.


Отношение на множестве L является отношением порядка.


Пусть M
– непустое подмножество частично упорядоченного множества L
. Нижней гранью
множества M
называется такой элемент , что для любого . Нижняя граньm
множества M
называется точной нижней гранью, если , где n
– произвольная нижняя грань множества M
. Двойственным образом определяется точная верхняя грань.


Частично упорядоченное множество L
называется решеткой
, если любые два элемента имеют точную верхнюю и точную нижнюю грани; решетка называется дистрибутивной
, если в ней выполняются дистрибутивные законы
:




Кроме этого определения существует еще одно определение дистрибутивной решетки. Алгебраическая система L
с двумя бинарными операциями сложения +
и умножения ∙ называется решеткой
, если (
L
, +)
и (
L
,∙)
являются идемпотентными коммутативными полугруппами и операции связаны законами поглощения


,;


Решетка называется дистрибутивной
, если для любых , ограниченной
, если она имеет 0 и 1.


1.3. Идеалы полуколец.


Непустое подмножество I
полукольца S
называется левым (правым) идеалом
полукольца S
, если для любых элементов a
,
bI
,
sS
элементы a
+
b
и sa
(
as
)
принадлежат I
.


Непустое подмножество, являющееся одновременно левым и правым идеалом, называется двусторонним идеалом
или просто идеалом
полукольца. Идеал, отличный от полукольца S
называется собственным
. Наименьший из всех (левых) идеалов, содержащий элемент a
S
, называется главным
(главным левым)
идеалом, порожденным элементом
a
. Обозначается (
a
)
или SaS
,
односторонние Sa
и aS
– левый и правый соответственно. Множество всех элементов принадлежащих главному идеалу можно записать так
.


Собственный идеал M
полукольца Sназывается максимальным (максимальным правым) идеалом
, если влечет M
=
A
или A
=
S
для каждого идеала A
.


Примерами идеалов могут служить следующие подмножества:


1. {0}
– нулевой идеал;


2. S
– идеал, совпадающий со всем полукольцом;


3. Идеал на полукольце : ;


4. Главный идеал ограниченной дистрибутивной решетки L
, порожденный элементом a
:.


Глава
II
«Положительные и ограниченные полукольца».


2.1. Определение, примеры и основные свойства.


Полукольцо S
с 1
называется положительным
, если для любого элемента а
S
элемент а+1
обратим в S
, т.е..


Примерами положительных полуколец служат следующие алгебраические системы:


1. ограниченные дистрибутивные решетки;


2. полукольца непрерывных R
+
- значных функций;


3. множество всех идеалов полукольца, с операциями сложения и умножения.


Полукольцо S
называется ограниченым
, если для любого
выполняется
. Ограниченное полукольцо – частный случай положительного полукольца.


Примеры ограниченных полуколец:


1. ограниченные дистрибутивные решетки;


2. множество всех идеалов полукольца, с операциями сложения и умножения.


2.1.Основные свойства положительных и ограниченных полуколец:


I
. Для полукольца
S
следующие условия равносильны:


1.
S
– положительное полукольцо;


2. для любого максимального одностороннего идеала
M
в
S
и любых a и b
S


(
a
+
b
M
)
(
a
M
&
b
M
).


Доказательство:


12. Пусть д

ля произвольных и максимального правого идеала M
.
Предположим, что , тогда и для некоторых и . Имеем:


.


В левой части последнего равенства – элемент из M
, тогда как в правой части обратимый справа элемент; противоречие.


21. Пусть выполнено 2 и с
– произвольный элемент из S
. Элемент 1+с
не лежит ни в одном максимальном одностороннем идеале полукольца S
(т.к. в противном случае в силу условия 2 в идеале должен лежать элемент 1
, противоречие), значит, 1+с
обратим.


II
. В положительном полукольце
S
справедливы импликации:




Доказательство
. Пусть . Поскольку S
положительно, то для x
+1
найдется некоторый , такой что . Тогда


,т.к.. Получили y
=1
и значит .


Таким образом мы доказали, если положительное полукольцо мультипликативно идемпотентно, то оно ограниченно,


Теперь, пусть , тогда ,т.е. такое полукольцо еще и аддитивно идемпотентно.


Поскольку выполняется для , то для x
=1,
также выполняется. Обратно, 1+1=1
, помножим обе части на x
и получим необходимое равенство.


III
. Полукольцо
S
положительно тогда и только тогда, когда для любого элемента и любого обратимого элемента элемент обратим.


Доказательство.


Полукольцо положительно, следовательно, элемент - обратим. Умножим обратимый элемент на обратимый, получим обратимый.



В левой части обратимый элемент, значит и в правой элемент тоже обратим.


и – обратимы, тогда их произведение также обратимо , значит обратим.


IV
. Для коммутативного положительного полукольца
S
равносильны следующие условия:


1.
S
– дистрибутивная решетка.


2.


Доказательство.


. Очевидно.


. По свойству 2 следует , тогда:


и .


Эти условия наряду с ассоциативностью, коммутативностью и идемпотентными законами определяют дистрибутивную решетку.


V
. В ограниченном полукольце единица 1 – единственный обратимый элемент.


Доказательство.


Пусть есть некоторый обратимый элемент u
,


и



VI
. Пусть
a
– фиксированный элемент полукольца
S
, тогда каждое из утверждений влечет следующее утверждение:


1.
a
+1=1
;


2.


3.


Доказательство.


. Докажем методом математической индукции по числу n
.


I. База. к=1
. (выполняется по условию).


II. Индуктивное предположение. Пусть для к<
n
условие выполняется, т.е.


Рассмотрим для k=n



и a
+1=1




Из Iи IIСледует .


. .


Можно выбрать из всего количества N
,
некоторое число, для которого тоже данное выражение будет верно.


Примером того , что условие 3 не влечет условие 1 является полукольцо матриц . Зафиксируем элемент , где . Для n
=2


верно, но совсем неверно.


VII
. Если
S
– полукольцо с мультипликативным сокращением и аддитивно идемпотентно, то все утверждения предыдущего свойства равносильны.


Доказательство.


Осталось доказать .


Имеем . Добавим к правой и левой части выражения равные элементы :



В силу аддитивной идемпотентности мы можем подбирать коэффициенты перед . В соответствии с биномом Ньютона, подберем коэффициенты и получим:



Используя мультипликативную сократимость, получим a
+1=1
. Что и доказывает равносильность условий 1 – 3.


VIII
. Пусть
S
– ограниченное полукольцо, и существует такое , что для всех . Тогда:


1. для всех ;


2. - коммутативное ограниченное полукольцо с 1, где
I
– множество всех мультипликативных идемпотентов из
S
, а операцияопределяется так:


.


Доказательство.


1. Возьмем .


Тогда , т.к. .


Для доказательства понадобится


Лемма:
В
ограниченном полукольце


.


Доказательство:
ММИ по числу nв .


I. База. n
=1
. Из условия ограниченности




II. И.П. n
=
i
-1
.



Из условия IIи ограниченности:



.


По ИП:



Из условий I,IIполучили, что данное равенство верно для , лемма доказана.


Рассмотрим :



Поскольку степень равна 2
n
-1
, то в каждом из составляющих сумму слагаемых, либо (1 группа), либо (2 группа), и только так.


Среди слагаемых 1 группы имеется член . Этот член в сумме с каждым слагаемым 1 группы будет давать самого себя, при условии и лемме 1. из группы 1 останется только элемент


Аналогично с элементами группы 2, в которой имеется элемент , который и останется. Получаем



2.Прежде всего проверим замкнутость операций и + на множествеI
.





(1) Поскольку в качестве аддитивной операции выбрано сложение, и все элементы из полукольца, значит (I,+) – коммутативная полугруппа с нейтральным элементом 0.


(2) Докажем, что - коммутативная полугруппа с нейтральным элементом 1:


a). Ассоциативность:


Рассмотрим элемент






Элемент X
состоит из таких слагаемых, которые получены при умножении, кроме тех которые получены при произведении со всеми 1
, или со всеми с.
Элемент имеется в качестве сомножителя в каждом слагаемом X
, т.е.





С другой стороны




Таким образом, правые части рассматриваемых тождеств равны, значит ассоциативность доказана.


b). 1 – нейтральный элемент:



с). Коммутативность:


,


1.



2.



Из 1 и 2 следует , по причине равенств правых частей каждого, а значит следует равенство . Коммутативность доказана. - коммутативная полугруппа с нейтральным элементом 1.


(3) Дистрибутивность:




(4)


Все аксиомы полукольца доказаны, а значит - коммутативное полукольцо и его элементы – элементы ограниченного полукольца, значит полукольцо – ограничено.


IX
. Если в положительном полукольце
S
выполняется равенство


,


то
S
– аддитивно идемпотентно.


Доказательство.



Рассмотрим t
>1










Рассмотрим t=
1,
















т.к. полукольцо положительно, то в обеих частях обратимые элементы, домножим на обратный и получим 1+1=1, умножим обе части на u, получим u+u=u, что и означает аддитивную идемпотентность.


X
. В положительном полукольце
S
справедливо следующее тождество:




Доказательство.



Домножим на обратный к :


Получим:



Что и требовалось доказать.


Библиографический список


1. Чермных, В.В. Полукольца [Текст] / В.В. Чермных – Киров: Изд-во ВГПУ, 1997. – ст.7 – 87.


2. Вечтомов, Е.М. Введение в полукольца [Текст] / Е.М. Вечтомов – Киров: Издательство ВГ ПУ, 2000. – ст.5 - 30.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Положительные и ограниченные полукольца 2

Слов:2139
Символов:20745
Размер:40.52 Кб.