离散数学复习提纲(代数系统)

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离散数学复习提纲(代数系统)

1.(1) 相等关系显然是所有代数结构上的同余关系. 同余关系是相等关系的推广。

(2) 同余关系也是模k相等关系(数论中也称模k同余关系)的推广。可证模k相等关系是如上定义的关于整数加、乘运算的同余关系。

设整数x,y,u,v满足x=y(mod k), u=v(mod k),那么x – y = nk,u – v = mk(n,m为整数),于是

(x+u) – (y+v) = (n+m)k

故x+u = y+v(mod k)。

为证 xu=yv(mod k),将 x = y+nk与u = v+mk两边分别相乘,于是有

xu – yv = ymk+vnk+nmk2

xu – yv = (ym+vn+nmk)k

由于ym+vn+nmk 为整数,xu=yv(mod k)得证。

模k相等关系关于减运算和一元减运算(添负号运算)也是同余关系,请读者自行验证。

2.设为群,G中元素a的阶为k,那么,an = e当且仅当k整除n .

证 先证充分性.

设 ak = e,k整除n,那么n = kr(r为整数),因为ak = e,所以an = akr = (ak )r =

e r = e 。

再证必要性.

设 an = e,n = mk+ r,其中m为n除以 k的商,r为余数,因此0≤ r<k 。于是

e=an=amk+r=amkar=ar

因此,由k的最小性得r = 0,k整除n .

3.有限群G的每个元素都有有限阶,且其阶数不超过群G的阶数  G  .

证 设a为G的任一元素,考虑 e = a0 ,a1 ,a2 , … ,a│G│

这  G +1个G中元素.由于G中只有  G 个元素,因此它们中至少有两个是同一元素,不妨设

ar = as (0 ≤ r < s ≤  G  )

于是as-r = e,因此a有有限阶,且其阶数至多是s-r,不超过群G的阶数 G  .

4.设为群,a为G中任一元素,那么a与a-1具有相同的阶.

证 只要证 a具有阶n当且仅当a-1具有阶n 。由于逆元是相互的,即(a-1)-1=a,同此只需证:当a具有阶n时,a-1 也具有阶n 。

设a的阶是n,a-1的阶是m 。由于(a-1)n=(an)-1=e -1= e

故m≤n 。又因为a m=((a-1)m)-1= e -1= e

故n≤m 。因此,n=m 。

5.设为群,那么子群的充分必要条件是

(l)G的么元eH .

(2)若a,bH ,则abH .

(3)若aH,则a-1H.

证 先证必要性.

设H为子群.那么(2)是显然的(因H为子代数).为证(l),设的么元为e’,那么e’ e’= e’。由于在G中只有e是等幂元,故e’ = e , eH得证 .为证(3)设中任一元素a的H中逆元为b,那么ab = ba = e,由逆元的唯一性,b就是a在G中的逆元,即b = a-1H.

充分性是明显的.事实上只要条件(2),(3)便可使子群,因为H不空时条件(2)(3)蕴涵条件(l).因此,可用(2),(3)来判别非空子集H是否构成G的子群

显然,对任何群G , <{e},>及均为其子群,它们被称为平凡子群,其它子群则称为非平凡子群或真子群.

6. (1)为循环群,1或(-l)为其生成元 .

(2)令 A ={2i  iI},那么(·为数乘 )是循环群 ,2是生成元.

(3)为循环群,1,2,3,4都可以是生成元.

7.循环群的子群都是循环群.

证 设为g生成的循环群,为其子群.当然,H中元素均可表示为gr形.

(1)若H={e},显然H为循环群.

(2)若H{e},那么H中有gi(i0).由于H为子群,H中必还有g-i .因此,不失一般性,可设i为正整数,并且它是H中元素的最小正整数指数.现证H为gi生成的循环群.

设gj为H中任一元素.令j=mi+r,其中m为i除j的商,r为剩余,0≤r<i.于是

gj = gmi+r=gmigr

gr= g-migj

由于gj, g-miH,(因gmiH),故grH,根据i的最小性,r= 0,从而 gj = gmi = (gi)m, H为循环群

8.(1)有循环子群:

<{0}, +> ,<{0,2,-2,4,-4 ,…}, +> ,<{0,3,-3,6,-6, …}, +> ,

<{0,4,-4,8,-8, …}, +>,

(2)有循环子群:

<{0}, +6 > ,<{0,2,4},+6> ,<{0,3},+6> ,

9.有限群举例(四阶以内)

课后习题:

p178:1,2

p184:1,2,3

p190:1,3,5,6

p196:1,2,3,4,5

p200:1,2,3,5

p208:2,3,5,7,8

p221:1,2,4,6,8,10,11

p228:1,2,3,4,7