其它代数系统

       本章学习环、域、格与布尔代数。

       一、基本要求

       1. 知道环、子环与域的概念。

2. 了解格(偏序格、代数格及其等价性)、子格等概念。

3. 知道有界格、有余格、分配格的概念。

4. 了解布尔代数概念,掌握其性质和运算。

掌握布尔恒等式的证明和布尔表达式的化简。知道亨廷顿公理。

       本章重点:格与布尔代数概念,布尔代数运算、化简和恒等式证明。

       二、学习指导

1. 环与域

h  G是非空集合,在G上定义加法+和乘法·两种运算,如果满足:

       (1)  (G,+)是交换群(阿贝尔群)

(2)       (2)       (G,·)是半群;

(3)       (3)       乘法对加法适合左、右分配律,即对"a,b,cÎG,

a·(b+c)=a·b+a·c    (a+b)·c=a·c+b·c

则称代数系统(G,+,·).

       环就是定义了代数运算+,·,其中“+”满足交换律,“·”满足结合律,·对+满足左右分配律。

h交换环  (G,+,·)的乘法满足交换律:a·b=b·a. 则称(G,+,·)交换环。

交换环就两个代数运算都满足交换律。

h除环  (G,+,·)的乘法·存在单位元;非0元对·有逆元的环。

h  (S,+,·)是代数系统,如果满足:

(1)    (1)    (S,+)是交换群;

(2)    (2)    (S{0}·)是交换群;

(3)    (3)    运算·对运算+是可分配的.

则称(S,+,·).。或者域就是交换除环。

       域比环条件强,但是比交换环条件弱。   

       环与域关系图

h环的同态、同构

       8.1 证明 是环,其中Z是整数集,运算 定义如下:

             

       证明 (1)

      

       显然有

       ,即1是运算 的单位元。

       ,即2a是运算 的逆元。

       从而得到(Z, )是交换群。

       (2)

所以运算 是可结合的。那么(Z )是半群。

(3)

       故,运算 适合分配律。

       总之,( )能构成环。

       8.2 试判别( )( )是不是域。其中

      

       根据环的定义,不难验证(Z3,3Ä3)(Z4,4Ä4)是环(即验证(Z3,+3)是交换群;②(Z3,Ä3)是半群;③运算Ä3对+3有分配律)

       对于(Z3,3Ä3)(Z4,4Ä4),我们只需验证它们满足以下条件:

(1)    (1)    运算Ä3Ä4是否可交换;

(2)    (2)    运算Ä3Ä4是否具有单位元;

(3)Z3Z4中的每一个非0元素分别对于Ä3Ä4是否具有逆元。

(注:满足(1)(2),表示(Z3,3Ä3)(Z4,4Ä4)是除环,又满足(1)表示(Z3,3Ä3)(Z4,4Ä4)是交换除环)

为此我们构造Ä3Ä4的运算表

           81   Ä3的运算表                   8Ä4的运算表

 Ä3

0

1

2

 

 Ä4

0

1

2

3

 0

0

0

0

 

 0

0

0

0

0

 1

0

1

2

 

 1

0

1

2

3

 2

0

2

1

 

 2

0

2

0

2

         

 3

0

3

2

1

       由表81可知,运算Ä3是可交换的,1Ä3的单位元(因为"kÎZ3k=0,1,2,kÄ31=k=1Ä3k)。非0元素关于Ä3存在有逆元,111212(从表看出1Ä3111Ä311(单位元)2Ä3212Ä321(单位元))。因此,(Z3,3Ä3)是域。

       从表82可知,运算Ä4是可交换的,1Ä4的单位元(因为"kÎZ4k=0,1,23,kÄ31=k=1Ä3k)。非0元素13,有111313(从表看出1Ä4111Ä411(单位元)3Ä4313Ä431(单位元)),但是非0元素2没有逆元。因此,(Z4,4Ä3)不是域。

2.

h  (L£)是一个偏序集,如果对于"a,bÎLL的子集{a,b}L中都有一个最大下界(记为inf{a,b})和一个最小上界(记为sup{a,b}),则称(L£)是一个偏序格.

       子集在L中有上确界和下确界的偏序集,就是格。

h代数格  L定义二元运算*o满足:对"a,b,cÎL, 

       (1) 交换律  a*b=b*aaob=boa

(2) 结合律  (a*b)*c=a*(b*c) ,  (aob)oc=ao(boc)

(3) 吸收律  a*(aob)=a ao(a*b)=a

则称(L,*,o )代数格.

       用代数的语言,格就是在非空集合上定义了两个满足结合律、交换律和吸收律的运算。

h对偶式  10,和可以代表格中的任意元素的变量通过+,×运算连结起来的式子,就是格中的表达式,记作f。将f中的0换成11换成0,+换成×,×换成+所得的表达式,就是表达式f的对偶式记作f*h

       h对偶原理 f为真,则f*为真。

       8.3 试判断(Z,£)是否为格?

       显然(Z,£)是一个偏序集。又 皆为整数,仍然属于Z。故对Z的任意子集,在Z中都有上确界和下确界。即(Z,£)是格。

       3. 布尔代数

h一个有余分配格称为一个布尔代数

B是一个至少含有两个元素的集合,·,+是定义在B上的两种运算,如果对"a,b,cÎB,满足下列公理:

H1a·b=b·a    a+b=b+a

H2a·(b+c)=a·b+a·c   a+(b·c)=(a+b)·(a+c)

H3B中有元素01,对"aÎB,

                     a·1=a   a+0=a

H4:对"aÎB,`aÎB,满足

                     a·`a=0    a+`a=1

(B·,+,`` 01)是一个布尔代数

h记住布尔代数运算的10条算律。

       8.4 ( )是布尔代数, ,证明( )B的子布尔代数,而且是布尔代数,其中

       证明  对于集合T中的元素作运算见表83

                    83  T的元素元素表

Ú

0

a

`a

1

 

Ù

0

a

`a

1

 

1

 

0

0

a

`a

a

 

0

0

0

0

0

 

0

1

a

a

a

1

a

 

a

0

a

0

a

 

a

`a

`a

`a

1

`a

a

 

`a

0

0

`a

`a

 

`a

a

1

1

1

1

1

 

1

0

a

`a

1

 

1

0

       B是布尔代数可知,从表83得到T对运算ÚÙ`  是封闭的,所以( )是子布尔代数。由定理11( )也是布尔代数。

       三、实例

       1 非空集合L,其上定义二元运算¡·,如果          是交换群,(L,·)        ,而且                满足分配律,则L对二元运算¡·构成环。

       答案(L,¡);半群;二元运算·对运算¡

       解答:见环的定义。

       2 L是一个集合,·¡L上两个二元运算,如果这两个二元运算满足       律,       

          律和        律,则(L,·,¡)是格。

       答案:交换律;结合律;吸收律

       解答:见代数格的定义。

       3 下列图表示的偏序集中,是格的为(     )

(A) ¢      ¢  (B) ¢     ¢     (C)    ¢      (D)   ¢   

      ¢              ¢            ¢  ¢  ¢      ¢   ¢   ¢

   ¢       ¢     ¢      ¢            ¢            ¢  

 
 

       答案(C)

       解答:所给(A),(B),(D)的偏序集,都有两个极大元,不存在上确界,都不是格,只有(C)

的偏序集有上确界和下确界,是格。故选择(C)正确。

       4 是布尔代数, ,则下式不成立的是(     )

      

       答案(D)

       解答:因为B是偏序集, ,选择(D)正确。

       5 在布尔代数中,有 成立。根据对偶原理,那么一定                                 

成立。

       答案

       解答:见对偶原理,知 是原式的对偶式,也是成立的。

       6 布尔代数式 =(      )

      

       答案(B)

       解答

       故选择(B)正确。

    7 是布尔代数, ,化简       

  

                

8 R是实数集,“+”为数的加法,“×”定义为 。试问R对二元运算+和×是否构成环?

       (1)显然实数R对加法满足交换律,(R,+)是交换群。

       ,有

      

所以, ,即(R,×)是半群。             

       (3) ,

             

满足左分配律;

             

一般情况下,

即×对+不满足右分配律。

       所以,R对二元运算+和×不能构成环。

       9 在布尔代数( )中,对

                    

       证明  因为( ),故10条算律在其上成立,所以

           

   

   

所以