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离散数学代数结构部分离散数学是数学的一个分支,主要研究离散的、分离的、离散化的对象和结构。
其中代数结构是离散数学的一个重要部分,涉及到一些常见的代数结构,如群、环和域等。
下面将从群、环和域三个方面展开,对离散数学中的代数结构进行详细介绍。
一、群群是离散数学中的一个基本代数结构,它由三个主要部分组成:集合、运算和满足一定性质的公理。
具体地,一个群G是一个非空集合,也即G={a,b,c,...},其中的元素a、b、c等叫做群的元素。
除此之外,群还具有一个二元运算,记作"·",满足以下四个公理:1.封闭性公理:对于群的任意两个元素a、b,它们的乘积c=a·b仍然属于G,即c∈G。
2.结合律公理:对于群的任意三个元素a、b、c,(a·b)·c=a·(b·c)。
3.单位元公理:群中存在一个特殊的元素e,称为单位元,满足对于任意元素a,有a·e=e·a=a。
4.逆元公理:对于群中任意元素a,存在一个元素b,使得a·b=b·a=e,其中e是群的单位元。
群结构的研究对于解决各类数学问题具有重要意义。
例如,在密码学中,通信双方使用群的运算来实现加密和解密的功能。
二、环环是另一个重要的代数结构,在离散数学中有广泛的应用。
一个环R由一个非空集合以及两个满足一定条件的二元运算分别组成。
对于一个环R={G,+,·},其中G是一个非空集合,"+"和"·"分别是R上的两个二元运算,满足以下四个公理:1.集合G关于"+"构成一个阿贝尔群,即对于任意的a、b、c∈G,满足以下性质:(a+b)+c=a+(b+c),存在单位元0,对于任意元素a,有a+0=0+a=a,对于任意元素a,存在一个元素-b,使得a+(-b)=-b+a=0,且满足交换律性质:a+b=b+a。
代 数 结 构《应用离散数学》第4章21世纪高等教育计算机规划教材目录4.1 代 数 运 算4.2 代 数 系 统4.3 群4.4 子群与陪集4.5 循环群、置换群4.6 环 与 域4.7 格与布尔代数人们研究和考察现实世界中的各种现象或过程,往往需要借助某些数学工具,针对具体问题选用适宜的数学结构去进行较为确切的描述。
我们这里研究的是一类特殊的数学结构—由集合上定义若干运算组成的系统,我们称它们为代数结构。
这种数学结构对研究各种数学问题及许多实际问题都有很大用处,对计算机科学也有很大实际意义。
代数结构的种类很多,如半群、群、环、域、格和布尔代数等,本章主要介绍群这种代数结构。
群是抽象代数的重要分支,并已得到充分的发展,它们在数学、物理、通信和计算机科学等许多领域都有广泛应用,特别是在计算机科学的自动机理论、编码理论、形式语言、时序线路、开关线路计数问题以及计算机网络纠错码的纠错能力判断等方面有着非常广泛的应用。
4.1 代 数 运 算4.1.1 基本概念定义4.1 设X是一非空集合,从X n到X上的函数f称为集合X上的n元代数运算,简称n 元运算,正整数n 称为该运算的阶。
当n =1时,函数f : X→X 称为集合X上的一个一元运算;当n =2时,函数f : X 2→X 称为集合X上的二元运算。
一元运算和二元运算是我们最常遇到的代数运算。
显然,运算是一种特殊的函数。
根据运算的定义,要验证集合X上的一个二元运算主要要考虑以下两点:(1)X上的任何两个元素都可以进行这种运算,且运算的结果是唯一的。
(2)X上的任何两个元素的运算结果都属于X,即集合X对该种运算是封闭的。
例如,f: N×N→N,f (<x,y>) = x + y 就是自然数集合N上的一个二元运算,即普通的加法运算。
普通的减法不是自然数集合N上的二元运算,因为两个自然数相减可能是负数,而负数不是自然数。
这时也称自然数集合N对减法不封闭。