代数运算之环与域
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环
环:设 R ≠ ⊘ R\ne \oslash R=⊘,若 R R R上定义了2中代数运算:
- 加法,记作 a + b a+b a+b
- 乘法,记作 a b ab ab
满足如下关系:
1、关于加法构成交换群,群单位元记作0,称为零元。
2、关于乘法满足结合律;
3、乘法对于加法满足分配律,即 ∀ a , b , c ∈ R \forall a,b,c \in R ∀a,b,c∈R, a ( b + c ) = a b + a c ; ( b + c ) a = b a + b c a(b+c)=ab+ac ; (b+c)a=ba+bc a(b+c)=ab+ac;(b+c)a=ba+bc,则称R为环,称0为零元。
注:在环R中, a 0 = 0 a = 0 a0=0a=0 a0=0a=0。
零环:设 ( G , + ) (G,+) (G,+)是交换群,G上定义乘法如下: ∀ g , h ∈ G \forall g,h \in G ∀g,h∈G, g ⋅ h : = 0 g\cdot h:=0 g⋅h:=0,则G构成环,称为零环。
子环:设 R R R是环, ⊘ ≠ R 1 ⊂ R \oslash \ne R_1 \subset R ⊘=R1⊂R。若 R 1 R_1 R1对 R R R的运算构成环,则称为 R R R的子环
例如:在整数环 Z \mathbb{Z} Z中, n Z n \mathbb{Z} nZ为 Z \mathbb{Z} Z的子环
定理:设R是环, R 1 R_1 R1是 R R R的非空子集。则 R 1 R_1 R1是子环的充分必要条件是:
1、 ∀ a , b ∈ R 1 , a − b ∈ R 1 \forall a,b \in R_1, a-b \in R_1 ∀a,b∈R1,a−b∈R1. (加法子群)
2、 ∀ a , b ∈ R 1 , a ⋅ b ∈ R 1 \forall a,b \in R_1, a\cdot b \in R_1 ∀a,b∈R1,a⋅b∈R1. (乘法封闭)
环同构:设 R . R ′ R.R' R.R′为环。若存在 R R R到 R ′ R' R′的双射 σ \sigma σ满足:
1、 σ ( a + b ) = σ ( a ) + σ ( b ) \sigma (a+b)=\sigma (a)+\sigma (b) σ(a+b)=σ(a)+σ(b)
2、 σ ( a b ) = σ ( a ) σ ( b ) \sigma (ab)=\sigma (a)\sigma (b) σ(ab)=σ(a)σ(b)
则称 σ \sigma σ为同构,记作 R ≅ R ′ R\cong R' R≅R′
环的简单性质:设 ( R , + , × ) (R,+,\times) (R,+,×)为环
- 由于 ( R , + ) (R,+) (R,+)是交换群,对于任意的 a ∈ R a\in R a∈R, n a na na有意义( n ∈ Z n\in \mathbb{Z} n∈Z);
- 由于环中乘法满足结合律,幂运算有意义,即 a n a^n an有意义。
此时由交换律和环满足的结合律可知:
- n ( a + b ) = n a + n b n(a+b)=na+nb n(a+b)=na+nb
- ( n + m ) a = n a + m a (n+m)a=na+ma (n+m)a=na+ma
- n ( m a ) = ( n m ) a n(ma)=(nm)a n(ma)=(nm)a
- a ( − b ) = ( − a ) b = − a b a(-b)=(-a)b=-ab a(−b)=(−a)b=−ab
- ( − a ) ( − b ) = a b (-a)(-b)=ab (−a)(−b)=ab
域:域是特殊的环
定义:设P是至少包含2个元素的环。若P中乘法另外还满足:
1、有单位元
2、非零元存在逆元
3、乘法满足交换律 (重要)
则称P是域。
域的性质:环所有的性质,域都满足,此外,域还具有自己的性质:
1、若 a ≠ 0 , b ≠ 0 a\ne 0,b\ne 0 a=0,b=0,则 a b ≠ 0 ab\ne0 ab=0。
2、域有消去律。即设 a ≠ 0 , a b = a c a\ne 0,ab=ac a=0,ab=ac,则 b = c b=c b=c.
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