# 判断题解答
FFTFF FFTTT FTTFT
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设〈S,∗〉是一个含幺半群,如果运算∗ 满足消去律,那么〈S,∗〉是一个群
参考有限无限环中无零因子,逆元和消去律之间关系
〈N,+〉是题目的一个反例
即证如果运算∗ 满足消去律,则〈S,∗〉也满足群的三个性质:
- 封闭性:对于任意a,b∈S,有a∗b∈S。
由于〈S,∗〉是含幺半群,因此满足结合律,即(a∗b)∗c=a∗(b∗c) 对于任意c∈S 成立。因此,(a∗b)∈S,即S 对于∗ 运算是封闭的。
- 逆元素存在性:对于任意a∈S,存在b∈S,使得a∗b=b∗a=e,其中 e 是S 的单位元素。
由于运算∗ 满足消去律,因此对于任意a∈S,方程a∗x=e 有唯一解x∈S。令b=x,则有a∗b=e。
现在我们需要证明b∗a=e。假设b∗a=e,则根据消去律,我们有:
a∗(b∗a)=(a∗b)∗a=e∗a=a∗e=a
由消去律得:
a∗(b∗a)=a∗e=a
因此,b∗a 是方程a∗x=a 的另一个解。由于方程a∗x=a 只有唯一解 a∗e=a,因此b∗a=a∗e=a。因此,b 是a 的逆元素,即存在b∈S,使 得a∗b=b∗a=e。
综上所述,若方程a∗x=e 有唯一解x∈S,对于任意a∈S,存在b∈S,使 得a∗b=b∗a=e,即〈S,∗〉满足逆元素存在性。
但可能没有这个解,故不一定有逆元
3. 结合律:对于任意a,b,c∈S,有(a∗b)∗c=a∗(b∗c)。
由于〈S,∗〉是含幺半群,因此满足结合律。因此,〈S,∗〉也满足结合律。
综上所述,如果运算∗ 满足消去律,则〈S,∗〉是一个群。
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含幺半群的子半群一定是含幺半群
整数加法半群的子群偶数加法半群(去 0),没有幺元。
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幺元是群的唯一幂等元
假设 a 是幂等元,那么对任意群中元素 b,ba=baa, 依照消去率,b = ba; 同理 ab = aab, 因此 b = ab, 依照幺元的概念,a = e; 即群中幂等元是幺元
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设〈G,∗〉是群,则 G 必有二阶元素
一个循环群 Z,它包含了所有整数以加法运算为群运算,但是它没有任何二阶元素。因为对于任意一个整数n∈Z,如果 n 是一个二阶元素, 则有 n+n=0,这显然是不可能的。
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设〈G,∗〉是群,∣G∣=n,设x∈G,若xm=e,m∈I,则m∣n
本题想考察:
设〈G,∗〉是群。∀g∈G
- 若 g 的阶有限,设其为 k,从而gk=e。则
1.∀m∈N,gm=e⟺k∣m (k 整除 m,即m=n∗k)
2.∀m,n∈N,gm=gn⟺k∣m−n
- 若 g 的阶无限,则∀m,n∈N,gm=gn⟹m=n
若考察定理 7,n 应为 g 的阶而不是群的阶
或拉格朗日定理:群内元素的阶一定整除群的阶
参考上述定义可知题目为错
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设〈Nm,+m,×m〉, 当 m 为合数时,〈Nm,+m,×m〉是整环
m 为素数才是
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循环群的子代数系统一定是循环群
子代数系统不行,〈Z,+〉→〈N,+〉
若是子群,则可证
证明如下:假设 H 不是循环群,但是 G 的子群。有gki∈H,gki∈/<gd>,ki=qd+r
由群元素的可逆,运算封闭可知:
gqd∈H,q,r是整数,0<r<d
g−qdgki=gr∈H
d=min{k1,k2...km},r<d, 故而矛盾,假设不成立
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G={1,3,4,5,9}, 则〈G,×11〉是群
检验其 4 要素,均满足,是群
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设〈G,∗〉是群,|G|=6, 则它一定没有四阶子群
根据 Lagrange 定理,群 G 的任何子群的阶数必须是 G 阶数的约数。
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没有非平凡子群的有限群一定是循环群
等价于不是循环群就有非平凡子群
假设 G 是非循环群,∀a∈G,集合G′={...,a−1,e,a1,a2...} 在 G 的运算下成群。则G′ 是 G 的真子群,则 G 有非平凡子群
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循环群有且只有两个生成元
ak=al,ak是生成元,则另一个也是
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除环是含幺的无零因子环
每个非零元都有 (乘法) 逆元的含幺环称为除环。
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 ;
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循环群设〈N,+4〉与设〈{1,−1,i,−i},×〉同构
设f:N→1,−1,i,−i 为一个双射。由于f 是双射,所以f(0)=1。因为f 是同映射所以对于任意的a,b∈N,都有f(a+b)=f(a)×f(b)。因此,我们可以得到:
f(0+0)=f(0)×f(0)
f(0+1)=f(0)×f(1)
f(0+2)=f(0)×f(2)
f(0+3)=f(0)×f(3)
由于f(0)=1,所以我们可以得到:
f(1)=±i,f(2)=±1,f(3)=±i
因此,我们可以得到:
N=〈4〉=〈1+i,i,−1−i,−i〉=〈−1−i,−i,1+i,i〉=〈−4〉
因此,循环群设〈N,+4〉与设〈1,−1,i,−i,×〉同构
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整环一定是域
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,无零因子⟺ 每个非零元都有乘法逆元。
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设〈F,⊕,⊗〉是域,〈R,⊕,⊗〉是〈F,⊕,⊗〉的子环,则〈R,⊕,⊗〉是整环
关于⊕ 交换,关于⊗ 含幺,无零因子,由定义易知,子环不一定含幺,则错
# 第二题解答
(10%)设 a 是 10 阶群的生成元,则a3,a4 是几阶元素?
解答
10 阶,5 阶,3∗10=30,4∗5=20
# 第三题解答
(20%)设〈G,∗〉是交换群,e 是∗ 的幺元,〈S,∗〉是〈G,∗〉的子群,定义 G 上的二元关系 R 如下:
∀x,y∈G,(x,y)∈R⟺(∃a∈S)(x∗a=a−1∗y)
- 证明:R 是 G 上的等价关系
- 设〈G,∗〉=(N6,+6),S=([0]6,[3]6),求出所有等价类
解答
(1) 要证明 R 是 G 上的等价关系,需要证明 R 满足自反性、对称性和传递性。
自反性:对于任意x∈G,由于e∈S 且x∗e=e−1∗x=x,所以(x,x)∈R。因此,R 满足自反性。
对称性:对于任意x,y∈G,若(x,y)∈R,则存在a∈S 使得x∗a=a−1∗y。由于 G 是交换群,所以a−1∗y=y∗a−1。又因为 S 是 G 的子群,所以 a−1∈S。因此,(y,x)∈R。所以 R 满足对称性。
传递性:对于任意x,y,z∈G,若(x,y)∈R,(y,z)∈R,则存在a,b∈S 使得 x∗a=a−1∗y,y∗b=b−1∗z。将两式相乘得到
(x∗a)∗(y∗b)=(a−1∗y)∗(b−1∗z)
由于 G 是交换群,所以
x∗(a∗b)=(a−1∗b−1)∗z
又因为 S 是 G 的子群,所以a∗b,b−1∗a−1∈S。因此,
x∗(a∗b)=(b−1∗a−1)∗z
即(x,z)∈R。所以 R 满足传递性。
综上所述,R 满足自反性、对称性和传递性,因此 R 是 G 上的等价关系。
(2) 由交换与群定义可知,x∗a∗a=y (交换右半式,右乘 a)
[0]6+[0]6+[0]6=[0]6,[0]6+[3]6+[3]6=[0]6,则{[0]6,[0]6} 是个等价 类,由于是类,去重有:{[0]6}
[1]6+[0]6+[0]6=[1]6,[1]6+[3]6+[3]6=[1]6,则{[1]6,[1]6} 是个等价 类,由于是类,去重有:{[1]6}
以此类推,6 个等价类,为N6 的 6 个元素单独成类
# 第四题解答
(20%)已知〈S1,⊕,⊗〉,〈S2,⊕,⊗〉是环〈R,⊕,⊗〉的两个子环
- 〈S1∩S2,⊕,⊗〉是〈R,⊕,⊗〉的子环吗,给出理由
- 如果〈S1,⊕,⊗〉,〈S2,⊕,⊗〉都是无零因子环,
那么〈S1∪S2,⊕,⊗〉一定是无零因子环吗,给出理由
解答
设〈R,⊕,⊗〉是代数系统,⊕和⊗ 是 R 上的两个二元运算,若〈R,⊕〉是交换群,〈R,⊗〉是半群,⊗对⊕ 满足分配率,则是环
(1) 首先,由于S1∩S2 是S1 和S2 的交集,所以它包含在这两个子环中。因 此,它也包含在环 R 中。
其次,我们需要证明对于任意x,y∈S1∩S2,x⊕y,x⊗y,−x 都 属于S1∩S2. 由于x,y∈S1∩S2, 所以x,y∈S1 且x,y∈S2. 因为S1 和S2 都是子环,所以x⊕y,x⊗y,−x 都属于S1, 同时也都属于S2. 因此,根据交集的定义,我们可以得出结论:对于任意x,y∈S1∩S2, x⊕y,x⊗y,−x 都属于S1∩S2.
综上所述,我们证明了〈S1∩S2,⊕,⊗〉是一个子环。
(2) 不一定。设R=Z,⊕=+6,⊗=×6. 设 S1=2Z 和S2=3Z。那么,虽然这两个子环都没有零因子,但是它们 的并集却有零因子:6。
# 整体试卷
# 判断题 50%
1,判断题 10%
- 设〈S,∗〉是一个含幺半群,如果运算∗ 满足消去律,那么〈S,∗〉是一个群
- 含幺半群的子半群一定是含幺半群
- 幺元是群的唯一幂等元
- 设〈G,∗〉是群,则 G 必有二阶元素
- 设〈G,∗〉是群,∣G∣=n,设x∈G,若xm=e,m∈I,则m∣n
- 设〈Nm,+m,×m〉, 当 m 为合数时,〈Nm,+m,×m〉是整环
- 循环群的子代数系统一定是循环群
8.G={1,3,4,5,9}, 则〈G,×11〉是群
- 设〈G,∗〉是群,|G|=6, 则它一定没有四阶子群
- 没有非平凡子群的有限群一定是循环群
- 循环群有且只有两个生成元
- 除环是含幺的无零因子环
- 循环群设〈N,+4〉与设〈{1,−1,i,−i},×〉同构
- 整环一定是域
- 设〈F,⊕,⊗〉是域,〈R,⊕,⊗〉是〈F,⊕,⊗〉的子环,则〈R,⊕,⊗〉是整环
解答题
2,(10%)设 a 是 10 阶群的生成元,则a3,a4 是几阶元素?
3,(20%)设〈G,∗〉是交换群,e 是∗ 的幺元,〈S,∗〉是〈G,∗〉的子群,定义 G 上的二元关系 R 如下:
∀x,y∈G,(x,y)∈R⟺(∃a∈S)(x∗a=a−1∗y)
(1) 证明:R 是 G 上的等价关系
(2) 设〈G,∗〉=(N6,+6),S=([0]6,[3]6),求出所有等价类
4,(20%)已知〈S1,⊕,⊗〉,〈S2,⊕,⊗〉是环〈R,⊕,⊗〉的两个子环
(1)〈S1∩S2,⊕,⊗〉是〈R,⊕,⊗〉的子环吗,给出理由
(2) 如果〈S1,⊕,⊗〉,〈S2,⊕,⊗〉都是无零因子环,那么〈S1∪S2,⊕,⊗〉一定是无零因子环吗,给出理由