#

# 环的基本概念

# 环的定义

设〈R,,〉是代数系统,R上的两个二元运算,若设〈R, \oplus , \otimes〉是代数系统, \oplus 和\otimes 是R上的两个二元运算,若
1.R,〈R, \oplus〉是交换群
2.R,〈R, \otimes〉是半群
3.\otimes 对 \oplus 满足分配率,即对a,b,cR\forall a,b,c \in R 都有
a(bc)=(ab)(ac)a\otimes (b\oplus c)=(a\otimes b)\oplus (a\otimes c)
(bc)a=(ba)(ca)(b\oplus c)\otimes a =(b\otimes a)\oplus (c\otimes a)
则称R,,〈R, \oplus , \otimes〉是环

  • 环中,R,〈R, \oplus〉是群,故关于\oplus 有幺元存在,将关于\oplus 的么元记为 0,称为环的零元。
  • 环中,R,〈R, \oplus〉是群,故 R 中每个元素有逆元,设aRa \in R,将 a 关于\oplus 的逆元记为 - a ,称为 a 的负元,且将a(b)a \oplus (-b) 简记为 a-b。
  • 环中,对于\otimes 运算,若有幺元,则记为 1 或 e 。
  • 环中,设aRa\in R,若 a 关于\otimes 有逆元,则记为a^
  • 以后谈到环,只讨论R2|R|\geqslant 2 的情况,即不讨论一个元素的环。
  • 环的定义中,不要求\oplus\otimes 满足分配律,只要求\otimes\oplus 满足分配律。

# 交换环 含幺环 交换含幺环

R,,〈R, \oplus , \otimes〉是环。

  1. \otimes 运算满足交换律,则 称R,,〈R, \oplus , \otimes〉是交换环。
  2. 若关于\otimes 运算有幺元,则 称R,,〈R, \oplus , \otimes〉是含幺环。
  3. \otimes 运算满足交换律又关于\otimes 运算有幺元,则 称R,,〈R, \oplus , \otimes〉是交换含幺环。

# 环的基本性质

R,,〈R, \oplus , \otimes〉是环,则a,b,cR\forall a,b,c \in R,有:
1.0a=a0=00\otimes a=a\otimes 0=0
2.a(b)=(a)b=(ab)a\otimes (-b)=(-a)\otimes b=-(a\otimes b)
3.(a)(b)=ab(-a)\otimes (-b) =a\otimes b
4.(1)a=a(-1)\otimes a=-a
5.(1)(1)=1(-1)\otimes (-1)=1
6. 左分配律:a(bc)=(ab)(ac)a\otimes(b-c)=(a\otimes b)-(a\otimes c)
右分配率:(bc)a=(ba)(ca)(b-c)\otimes a=(b\otimes a)-(c\otimes a)

# 无零因子环和含零因子环

R,,〈R, \oplus , \otimes〉是环。
1.(aR)(bR)(a0b0ab=0)(\exists a \in R )(\exists b \in R)(a\ne 0 \land b \ne 0 \land a\otimes b =0), 则称设R,,〈R, \oplus , \otimes〉是含零因子环,称 a 是环中的左零因子,称 b 是环中的右零因子。
2.(aR)(bR)(a0b0ab0)(\forall a \in R )(\forall b \in R)(a\ne 0 \land b \ne 0 \land a\otimes b \ne 0), 即环中无零因子 (no nil-factor) ,则称环R,,〈R, \oplus , \otimes〉是无零因子环。

# 整环与除环

# 整环 (integral domain)

交换含幺的无零因子环称为整环。

  • 整环又称为整区。

# 除环 (division ring)

每个非零元都有 (乘法) 逆元的含幺环称为除环。即,若含幺环R,,〈R, \oplus , \otimes〉满足:
(aR)(a0    a1R)(\forall a \in R)(a \ne 0 \implies a^{-1} \in R)
则称其为除环。

# 无零因子等同于消去律

在环R,,〈R, \oplus , \otimes〉,无零因子    \iff 消去律,即a,b,cRa0\forall a,b,c \in R 且 a\ne 0,都有
ab=ac    b=ca\otimes b =a\otimes c \implies b=c
ba=cb    b=cb \otimes a=c\otimes b \implies b=c

# 除环是含幺的无零因子环。

因此,除环未必是整环,整环也未必是除环;
除环要成为整环,差乘法交换律;整环要成为除环,差 (非零元) 有乘法逆元 ;

# 在有限含幺环中,无零因子等同于 (非零元) 有逆元。

#

当 R 有限时,有逆元,无零因子,消去律是相互等价的
当 R 无限时,有逆元能推出消去律和无零因子,同时无零因子和消去律是等价的。

#

# 域 (field)

设〈F,,〉是代数系统,R上的两个二元运算,若设〈F, \oplus , \otimes〉是代数系统, \oplus 和\otimes 是R上的两个二元运算,若
1.F,〈F, \oplus〉是交换群
2.F{0},×〈F|\{0\}, \times〉是交换群
3.\otimes 对 \oplus 满足分配率,即对a,b,cF\forall a,b,c \in F 都有
a(bc)=(ab)(ac)a\otimes (b\oplus c)=(a\otimes b)\oplus (a\otimes c)

则称F,,〈F, \oplus , \otimes〉是域

# 定理 1. 可交换的除环是域

除环是每个非零元都有 (乘法) 逆元的含幺环,它与域概念仅差 (乘
法) 交换律。现在正好补齐,所以,可交换的除环是域。

# 定理 2. 有限整环是域

整环是交换含幺的无零因子环,它与域概念仅差每个非零元都有 (乘法) 逆元。但在有限环的情况下,上节定理 4 已经证明:
无零因子    \iff 每个非零元都有 (乘法) 逆元
因此,有限整环是域。

# 性质总结

(I,+,×)(I,+,\times) (Mn×n,+,×)(M_{n \times n},+,\times) (Nm,+m,×m)(N_m,+_m,\times_m) (2X,,)(2^X,\oplus ,\cap ) (P[x],+,×)(P[x],+,\times) (Zm[x],+m,×m)(Z_m[x],+_m,\times_m) (Zp[x:n],+f,×f)(Z_p[x:n],+_f,\times_f)
运算 ×\times ×\times ×m\times_m \cap ×\times ×m\times_m ×f\times_f
交换律
幺元 1 E [1]m[1]_m X 1 1 1
零因子 m 是素数:无
m 是合数:有
m 是素数:无
m 是合数:有
f 是素多项式:无
f 非素多项式:有
整环 不是 m 是素数:是
m 是合数:不是
不是 m 是素数:是
m 是合数:不是
f 是素多项式:是
f 非素多项式:不是
除环 不是 不是 m 是素数:是
m 是合数:不是
不是 不是 m 是素数:不是
m 是合数:不是
f 是素多项式:是
f 非素多项式:不是
不是 不是 m 是素数:是
m 是合数:不是
不是 不是 m 是素数:不是
m 是合数:不是
f 是素多项式:是
f 非素多项式:不是
更新于 阅读次数

请我喝[茶]~( ̄▽ ̄)~*

小春日和 微信支付

微信支付

小春日和 支付宝

支付宝

小春日和 wechat

wechat