3. Algebraické systémy

Podobné dokumenty
Lineární algebra Kapitola 1 - Základní matematické pojmy

ALGEBRA. Téma 4: Grupy, okruhy a pole

PŘEDNÁŠKA 7 Kongruence svazů

Nechť M je množina. Zobrazení z M M do M se nazývá (binární) operace

Teorie množin. Čekají nás základní množinové operace kartézské součiny, relace zobrazení, operace. Teoretické základy informatiky.

Matematický ústav Slezské univerzity v Opavě Učební texty k přednášce ALGEBRA I, zimní semestr 2000/2001 Michal Marvan. 2.

Matice. a m1 a m2... a mn

Matematická analýza 1

V předchozí kapitole jsme podstatným způsobem rozšířili naši představu o tom, co je to číslo. Nadále jsou pro nás důležité především vlastnosti

Markl: 3.2.Grupoidy /ras32.doc/ Strana 1

MATICE. a 11 a 12 a 1n a 21 a 22 a 2n A = = [a ij]

grupa těleso podgrupa konečné těleso polynomy komutativní generovaná prvkem, cyklická, řád prvku charakteristika tělesa

Algebra 2 KMI/ALG2. Zpracováno podle přednášek prof. Jiřího Rachůnka a podle přednášek prof. Ivana Chajdy. slidy k přednáškám

Množiny, relace, zobrazení

PŘEDNÁŠKA 5 Konjuktivně disjunktivní termy, konečné distributivní svazy

Úlohy k procvičování textu o svazech

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Modernizace studijního programu Matematika na PřF Univerzity Palackého v Olomouci CZ.1.07/2.2.00/28.

Co je to univerzální algebra?

15. Moduly. a platí (p + q)(x) = p(x) + q(x), 1(X) = id. Vzniká tak struktura P [x]-modulu na V.

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Algebra. študenti MFF 15. augusta 2008

Základy teorie množin

M M. Je-li ρ M 2 relace, pak vztah (x, y) ρ zapisujeme x ρ y.

Lineární algebra Operace s vektory a maticemi

Svazy. Jan Paseka. Masarykova univerzita Brno. Svazy p.1/37

Vysoké učení technické v Brně Fakulta informačních technologií. Regulární pologrupy. Semestrální práce do předmětu Algebra, Kombinatorika, Grafy

Pojem binární relace patří mezi nejzákladnější matematické pojmy. Binární relace

Polynomy nad Z p Konstrukce faktorových okruhů modulo polynom. Alena Gollová, TIK Počítání modulo polynom 1/30

Věta o dělení polynomů se zbytkem

Lineární algebra : Násobení matic a inverzní matice

Obsah. Množiny (opakování) Relace a zobrazení (opakování) Relace Binární relace na množině Zobrazení Rozklady, ekvivalence Uspořádání

MIDTERM D. Příjmení a jméno:

Teoretická informatika Tomáš Foltýnek Algebra Struktury s jednou operací

Lineární algebra : Násobení matic a inverzní matice

Booleovy algebry. Irina Perfilieva. logo

Teorie grup 1 Příklad axiomatické teorie

Úlohy k procvičování textu o univerzální algebře

Lineární algebra Eva Ondráčková

Definice 4.1 Nechť (X, ) je svaz s nejmenším prvkem 0 a největším prvkem 1. Komplement prvku x X je každý prvek y, pro který platí. x y = 1, x y = 0.

Vektory a matice. Obsah. Aplikovaná matematika I. Carl Friedrich Gauss. Základní pojmy a operace

Lineární algebra. Matice, operace s maticemi

Operace s maticemi

Princip rozšíření a operace s fuzzy čísly

VI. Maticový počet. VI.1. Základní operace s maticemi. Definice. Tabulku

Báze a dimenze vektorových prostorů

1. Pologrupy, monoidy a grupy

RELACE, OPERACE. Relace

Markl: 3.3.Svazy /ras33.doc/ Strana 1

Odpřednesenou látku naleznete v kapitolách skript Abstraktní a konkrétní lineární algebra.

1 Báze a dimenze vektorového prostoru 1

Algebraické struktury s jednou binární operací

KATEDRA INFORMATIKY UNIVERZITA PALACKÉHO ALGEBRA DAGMAR SKALSKÁ VÝVOJ TOHOTO UČEBNÍHO TEXTU JE SPOLUFINANCOVÁN

1 Zobrazení 1 ZOBRAZENÍ 1. Zobrazení a algebraické struktury. (a) Ukažte, že zobrazení f : x

Operace s maticemi. 19. února 2018

Lineární algebra : Lineární zobrazení

Zavedení a vlastnosti reálných čísel

Polynomy v moderní algebře

Kapitola 1. Relace. podle definice podmnožinou každé množiny. 1 Neříkáme už ale, co to je objekt. V tom právě spočívá intuitivnost našeho přístupu.

VĚTY Z LINEÁRNÍ ALGEBRY

Grupy Mgr. Růžena Holubová 2010

[1] x (y z) = (x y) z... (asociativní zákon), x y = y x... (komutativní zákon).

Výroková a predikátová logika - XII

Maticí typu (m, n), kde m, n jsou přirozená čísla, se rozumí soubor mn veličin a jk zapsaných do m řádků a n sloupců tvaru:

1. Matice a maticové operace. 1. Matice a maticové operace p. 1/35

3 Množiny, Relace a Funkce

Algebraická teorie diskrétního lineárního řízení vznikla jako speciální obor teorie

Kongruence na množině celých čísel

Množina je nejdůležitější matematický pojem, na kterém stojí veškeré další matematické pojmy.

ÚVOD DO ARITMETIKY. Michal Botur

V: Pro nulový prvek o lineárního prostoru L platí vlastnosti:

označme j = (0, 1) a nazvěme tuto dvojici imaginární jednotkou. Potom libovolnou (x, y) = (x, 0) + (0, y) = (x, 0) + (0, 1)(y, 0) = x + jy,

ZÁKLADY ARITMETIKY A ALGEBRY I

Lineární zobrazení. V prvním z následujících tvrzení navíc uvidíme, že odtud plynou a jsou tedy pak rovněž splněny podmínky:

Součin matice A a čísla α definujeme jako matici αa = (d ij ) typu m n, kde d ij = αa ij pro libovolné indexy i, j.

Fuzzy množiny, Fuzzy inference system. Libor Žák

Algebra 1: řešené příklady ke cvičením

Západočeská univerzita v Plzni

Cvičení 1. Úvod do teoretické informatiky(2014/2015) cvičení 1 1

Lineární algebra : Lineární prostor

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

ZÁKLADY UNIVERZÁLNÍ ALGEBRY Radan Kučera. 1. Operace a Ω-algebry

Základy teorie množin

Výroková a predikátová logika - XI

Aritmetika s didaktikou I.

Aritmetika s didaktikou I.

4 Počítání modulo polynom

6 Samodružné body a směry afinity

6.1.2 Operace s komplexními čísly

Dosud jsme se zabývali pouze soustavami lineárních rovnic s reálnými koeficienty.

Množiny, základní číselné množiny, množinové operace

Komutativní a nekomutativní polookruhy ve školské matematice. Commutative and non-commutative semi-rings in educational mathematics

PŘEDNÁŠKA 2 POSLOUPNOSTI

Oproti definici ekvivalence jsme tedy pouze zaměnili symetričnost za antisymetričnost.

Výroková a predikátová logika - VII

Cílem této kapitoly je uvedení pojmu matice a jejich speciálních typů. Čtenář se seznámí se základními vlastnostmi matic a s operacemi s maticemi

KATEDRA INFORMATIKY UNIVERZITA PALACKÉHO LINEÁRNÍ ALGEBRA 1 OLGA KRUPKOVÁ VÝVOJ TOHOTO UČEBNÍHO TEXTU JE SPOLUFINANCOVÁN

Relace a kongruence modulo

Úvod do lineární algebry

Hisab al-džebr val-muqabala ( Věda o redukci a vzájemném rušení ) Muhammada ibn Músá al-chvárizmího (790? - 850?, Chiva, Bagdád),

z = a bi. z + v = (a + bi) + (c + di) = (a + c) + (b + d)i. z v = (a + bi) (c + di) = (a c) + (b d)i. z v = (a + bi) (c + di) = (ac bd) + (bc + ad)i.

Transkript:

Markl: 3.1. Morfismy a kongruence /ras31.doc/ Strana 1 3. Algebraické systémy Na rozdíl od klasické algebry, jejíž ústředním tématem jsou rovnice a potřebný aparát pro jejich řešení /matice, polynomy,.../, moderní /abstrak tní/ algebra se zabývá obecnými algebraickými strukturami /grupy, svazy, ok ruhy,.../. Algebraická struktura je systém množin spolu se systémem operací defi novaných na těchto množinách. Pojmy operace, algebraická struktura /algebra ický systém, algebra/ a její typ byly podrobně pojednány v kapitole 1 a to v souvislosti s relačními strukturami. Až na vyjímky, se v této kapitole omezíme jen na homogenní algebraick é struktury s jediným nosičem a to s jedinou nebo jen několika málo operace mi /většinou binárními/. Definice 3.1: NechJ označuje binární operaci na množině A. Nejčastějšími vlastnostmi binárních operací jsou zejména následující vlastnosti: Universalita a jednoznačnost: ( a,b)( 1 c)[a b=c] UN Komutativita: ( a,b)[a b=b a] KO Asociativita: ( a,b,c)[(a b) c=a (b c)] AS Existence nulového prvku z: ( z)( a)[a z=z a=z] NU Existence jednotkového prvku e: ( e)( a)[a e=e a=a] JE Existence inverzního prvku: ( a)( b)[a b=b a=e] IN /Prvek b inverzní k prvku a označujeme b=a -1./ Věta 3.1: Existuje nejvýše jeden nulový a nejvýše jeden jednotkový prvek vzhled em k libovolné binární operaci na množině A. Sporem. NechJ z 1,z 2 jsou dva různé nulové prvky vzhledem k operaci. Podle NU tedy platí: a z 1 =z 1 a=z 1, a z 2 =z 2 a=z 2. Uvedené rovnosti jsou platné pro všechna a, a tedy také pro a=z 2 a a=z 1. Do stáváme tak z 2 z 1 =z 1 z 2 =z 1, z 1 z 2 =z 2 z 1 =z 2, odkud plyne z 1 =z 2. Existenci nejvýše jednoho jednotkového prvku dokážeme obdobným způsob em. Věta 3.2: NechJ binární operace na množině A je asociativní a má jednotkový prvek /tj. platí AS,JE/. Pak k aždý prvek a A má vzhledem k operaci v A nejvýše jeden inverzní prvek. Sporem. NechJ b 1,b 2 jsou dva různé inverzní prvky prvku a A vzhledem k operaci. Podle IN tedy platí: a b 1 =b 1 a=e, a b 2 =b 2 a=e.

Markl: 3.1. Morfismy a kongruence /ras31.doc/ Strana 2 Z JE,AS a právě uvedených rovností vyplývá platnost následujího řetězce rov ností: b 1 =b 1 e=b 1 (a b 2 )=(b 1 a) b 2 =e b 2 =b 2. Prvky b1,b2 nejsou tedy různé. Poznámky 3.1: 1. Je-li operace asociativní, pak ve výraze (...((a 1 a 2 ) a 3 )...) a n nezáleží na rozmístění závorek a závorky netřeba psát vůbec. Jsou-li nav íc všechny operandy totožné, pak je možné používat tzv. mocninový zápis definovaný rekurentně takto: a 1 =a, a i+1 =a i a pro i=1,2,... 2. Má-li operace na množině A jednotkový prvek e, pak klademe a 0 =e. 3. Jsou-li prvky množiny A vzhledem k operaci invertovatelné, pak klademe a -n =(a -1 ) n. 4. Pro počítání s mocninami zavedenými v předchozích bodech platí pravidla: a r a s =a r+s, (a r ) s =a r.s. /Symboly +,. jsou operátory číselného sčítání a násobení, kdežto symbol je symbol obecné binární operace, algebraického "násobení"./ Definice 3.2: NechJ, jsou dvě binární operace na množině A. Říkáme, že operace je distributivní /má vlastnost distributivity/ vzhledem k operaci, jestliže platí: ( a,b,c)[(a b) c=(a c) (b c)].. pravý distributivní zákon ( a,b,c)[a (b c)=(a b) (a c)]... levý distributivní zákon DIp DIl 3.1. Morfismy a kongruence Pojmy morfismu a kongruence budou zavedeny pro homogenní algebraické systémy s jediným nosičem. Zobecnění pro případ nehomogenních algebraických systémů s více nosiči je nasnadě. Definice 3.1.1: NechJ ω je n-ární operace na množině A a nechj Ae A. Podmnožina Ae se nazývá uzavřenou vzhledem k operaci ω jestliže platí: a 1,a 2,...,a n Ae ω(a 1,a 2,...,a n ) Ae. Definice 3.1.2: Algebra <Ae;ω,...> je podalgebrou algebry <A;ω,...>, jestliže: Ae A, Ae je uzavřená vzhledem ke všem operacím algebry. Příklady 3.1.1: NechJ N,I,Q,R označují po řadě množinu všech přirozených, celých, rac ionálních a reálných čísel. Potom <N;+,.> je podalgebrou algebry <I; +,.>, <I;+,.> je podalgebrou algebry <Q;+,.> a <Q; +,.> je podalgebrou algebry <R;+,.>.

Markl: 3.1. Morfismy a kongruence /ras31.doc/ Strana 3 Věta 3.1.1: Relace "být podalgebrou" je uspořádáním na množině všech algeber tého ž typu. Snadno ověříme, že relace má vlastnosti RE, AN, TR. Definice 3.1.3: NechJ <A;ω,...> a <Ae;ω e,...> jsou dvě algebry se stejnou signaturou /tj. algebry mají stejný poče t operací a navzájem si odpovídající operace mají stejnou aritu/. Morfismus /nazývaný také homomorfismus/ algebry <A;ω,...> do algebry <Ae;ω e,...> je zobrazení h: A Ae s následující vlastností /platnou pro všechny dvojice ω,ω e vzájemně si odpovídajících operací a pro všechny prvky nosiče A/: h(ω(a 1,a 2,...,a n ) = ωe(h(a 1 ),h(a 2 ),...,h(a n )). /Slovy: obraz výsledku operace je roven výsledku operace provedené s obrazy argumentů./ Speciální případy morfismu jsou: epimorfismus: zobrazení h je surjektivní, monomorfismus: zobrazení h je injektivní, isomorfismus: zobrazení h je bijektivní, endomorfismus: h je zobrazení z A do A /h(a) A/, automorfismus: h je zobrazení z A na A /h(a)=a/. Algebry <A;ω,...> a <Ae;ω e,...> se nazývají isomorfní, jestliže existuje isomorfismus z algebry <A;ω,...> do algebry <Ae;ωe,...>. Příklady 3.1.2: 1. h(x)=log(x) je isomorfismus z <R + ;.> do <R; +> /symbolem R + je označena množina kladných reálných čísel/, neboj: log(x) je bijekce z R + do R, log(x.y)=log(x)+log(x). 2. h(x)=det(x) je epimorfismus z <R nn ; > do <R;.>, neboj: det(x) je surjekce z R nn /množiny všech čtvercových matic n-téh o řádu/ do R, det(x Y)=det(X).det(Y). 3. h(x)=abs(x) je endomorfismus z <R;.> do <R;.>, neboj: abs(x) je zobrazení z R do R, abs(x.y)=abs(x).abs(x). 4. h(x)=k.x /k 0/ je automorfismus (a současně isomorfismus) z <R;+> do <R; +>, neboj: k.x je zobrazení R na R, h(x+y)=k.(x+y)=k.x+k.y=h(x)+h(y). 5. h(x)=exp(x) je endomorfismus z <R;+> do <R;.>, neboj: exp(x) je zobrazení z R do R, exp(x+y)=exp(x).exp(x). h(x)=exp(x) je současně isomorfismus z <R;+> na <R + ;.>. Věta 3.1.2: Relace "být isomorfní" je ekvivalencí na množině všech algeber téhož typu.

Markl: 3.1. Morfismy a kongruence /ras31.doc/ Strana 4 Označme symbolem ~ isomorfismus mezi algebrami. Třeba dokázat, že relace ~ je RE(flexivní), SY(metrická) a TR(anzitivní). RE: <A;ω,...>~<A;ω,...> Isomorfismus je realizován identickým zobrazením h(a)=a pro všechna a A. SY: <A;ω,...>~<Ae;ωe,...> <Ae;ωe,...>~<A;ω,...> Je-li h bijekce realizující isomorfismus z A do Ae, pak zobrazení h -1 je bijekce realizující isomorfismus z Ae do A. TR: <A;ω,...>~<Ae;ωe,...> <Ae;ωe,...>~<Aee;ωee,...> <A;ω,...>~<Aee;ωee,...> Jsou-li h,he bijekce představující isomorfismy z A do Ae a z Ae do Aee, pak kompozice těchto bijekcí hee= h o he představuje isomorfismus z A do Aee. Věta 3.1.3: Existuje-li epimorfismus /nebo dokonce isomorfismus/ algebry <A;ω,...> do algebry <Ae;ωe,...>, pak všechny vlastnosti operací algebry <A;ω,...> se přenášejí na jím odpovídající operace algebry <Ae;ωe,...>. Na ukázku dokážeme, že z komutativnosti operace ω vyplývá komutativnost operace ωe. Důkazem je následující řetěz rovností: 1. ωe(ae,be)= 2. =ωe(h(a),h(b))= neboj h je surjekce /tj. ( ae)( a)[h(a)=ae]/ 3. =h(ω(a,b))= neboj h je morfismus 4. =h(ω(b,a))= neboj ω je komutativní 5. =ωe(h(b),h(a))= neboj h je morfismus 6. =ωe(be,ae) Q.E.D. Pro jiné vlastnosti operací /AS,JE,NU,IN,DI,.../ se platnost tvrzení dokáže obdobně. Věta 3.1.4: Je-li h morfismus algebry <A;ω,...> do algebry <Ae;ωe,...>, pak <h(a) ;ωe,...> je podalgebrou algebry <Ae;ωe,...>. /Připomeňme, že h(a)={b Ae: ( a A)[h(a)=b]} je množina obrazů všech prvků z A./ Předně je zřejmé, že h(a) Ae. Zbývá dokázat, že množina h(a) je uzavřená vzhledem k operacím ω e. Důkazem je následující implikační řetězec: a 1 e,a 2 e,...,a n e h(a) a 1,a 2,...,a n A ω(a 1,a 2,...,a n ) A h(ω(a 1,a 2,...,a n )) h(a) ωe(h(a 1 ),h(a 2 ),...,h(a n )) h(a) ωe(a 1 e,a 2 e,...,a n e) h(a). Definice 3.1.4: Relace ρ na množině A se nazývá kongruencí na algebře <A;ω,...> jestliže platí: relace ρ je ekvivalencí na nosiči A algebry,

Markl: 3.1. Morfismy a kongruence /ras31.doc/ Strana 5 relace ρ splňuje pro všechny operace ω algebry <A;ω,...> podmínku: (a 1 ρb 1 ) (a 2 ρb 2 )... (a n ρb n ) ω(a 1,a 2,...,a n ) ρ ω(b 1,b 2,...,b n ). Definice 3.1.5: Faktorová algebra algebry <A;ω,...> podle kongruence ρ /na této algebře/ je algebra <A;ω,...>, kde A=A/ρ je faktorová množina množiny A podle ekvivalence ρ, operace ω je definována vztahem ω(a 1,a 2,...,a n )=b def ω(a 1,a 2,...,a n )=b, kde a 1,a 2,...,a n,b A, a 1,a 2,...,a n,b A, a 1 a 1,a 2 a 2,...,a n a n,b b. Příklady 3.1.3: 1. Ekvivalence (mod m) na množině celých čísel I /tzv. kongruence modulo m - viz příklad 2.3.1 / je kongruencí na algebře <I;+>. K tomu stačí dokázat: x xe y ye x+y xe+ye. Důkazem je následující implikační posloupnost: 1. x xe y ye předpoklad 2. x-xe=j.m y-ye=k.m podle definice (mod m) z 1. 3. (x+y)-(xe+ye)=(j+k).m sečtením rovností z 2. 4. x+y xe+ye podle definice (mod m) z 3., Q.E.D. 2. Ekvivalence (mod m) na množině celých čísel I je kongruencí na algebře <I;.>. K tomu stačí dokázat: x xe y ye x.y xe.ye. Důkazem je následující implikační posloupnost: 1. x xe y ye předpoklad 2. x-xe=j.m y-ye=k.m podle definice (mod m) z 1. 3. x.y-xe.y = y.j.m xe.y-xe.ye=xe.k.m úpravou 2. 4. x.y-xe.ye = (y.j+xe.k).m sečtením rovností z 2. 5. x.y xe.ye podle definice (mod m) z 4., Q.E.D. 3. Ekvivalence (mod m) na množině celých čísel I je kongruencí na algebře <I; +,.>. Vyplývá to ihned z odstavce 1.a 2. 4. <I;+>=<Z m ;+>, <I;.>=<Z m ;.>, <I;+,.>=<Z m ; +,.> jsou faktorové algebry algeber <I;+>, <I;.>, <I; +,.>. Operace +,. jsou definovány takto: x + y = def x+y, x. y = def x.y 5. h(x)=x, kde x={y: y x (mod m)}, je epimorfismus z algebry <I; +,.> do algebry <I;+,.>=<Z m ;+,.>.