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近世代数学习系列十 中英对照

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-02-15 15:32
tags:

-

2021年2月15日发(作者:上课)


近世代数中英对照学习




一、字母表



atom


:原子



automorphism


:自同构




binary operation


:二元运算



Boolean algebra


:布尔代数



bounded lattice


:有界格




center of a group


:群的中心



closure


:封闭



commutative(Abelian) group


:可交换群,阿贝尔群



commutative(Abelian) semigroup


:可交换半群



comparable


:可比的



complement


:补



















concatenation


:拼接



congruence relation


:同余关系



cycle


:周期



cyclic group


:循环群



cyclic semigroup


:循环半群




determinant


:行列式



disjoint


:不相交



distributive lattice


:分配格




entry


:元素



epimorphism


:满同态




factor group


:商群



free semigroup


:自由半群




greatest element


:最大元



greatest lower bound


:最大下界,下确界



group


:群



homomorphism


:同态




idempotent element


:等幂元



identity


:单位元,么元



identity


:单位元,么元



inverse


:逆元



isomorphism


:同构




join


:并




kernel


:同态核




lattice


:格



least element


:最小元



least upper bound


:最小上界,上确界



left coset


:左陪集





lower bound


:下界



lower semilattice


:下半格




main diagonal


:主对角线



maximal element


:极大元



meet


:交





minimal element


:极小元



minimal generating set


:最小生成集



monomorphism


:单同态




normal subgroup


:正规子群,不变子群




octic group(group of symmetries of the square)


:八阶群,平方对


称群



orbit


:轨道



order


:群的阶,元素的阶




partially ordered set (poset)


:偏序集



partition


:分割




















quotient semigroup


:商半群




retract


:收缩



retraction map


:收缩映射




semigroup with identity, monoid


:含么半群,独异点



semigroup


:半群



semilattice


:子半格



string, word


:字符串,单词



subgroup


:子群







sublattice


:子格



subsemigroup


:子半群



symmetric group


:对称群




total ordering, chain, linear ordering


:全序,链,线序




upper bound


:上界



upper semilattice


:上半格




二、


本章内容及教学要点


< p>


8.1



Partially Ordered Sets Revisited





< br>:


poset



(least) upper


bound



greatest


element



(greatest)l ower


bound



least


element



maximal(m inimal)


element



u pper(lower) semilattice


8.2



Semigroups and Semilattices



教学内容


: semigroup



Abelian semigroup< /p>



monoid



subsemigroup



free semigroup



minimal generating set



congruence relation



quotient semigroup< /p>



semilattice


< p>
idempotent element


8.3



Lattices



教学内容:


lattice



sublattice



bounded lattice



distributive lattice



Boolean algebra

< p>


complement



atom


8.4



Groups



教学内容:

< p>
group



identity

< br>,


inverse



commu tative(Abelian) group



order< /p>



subgroup


< br>cyclic group



left coset


8.5



Groups and Homomorphisms


教学内容:


monomorph ism



epimorphism


,< /p>


isomorphism



normal


subgroup



octic group(group of symmetries of the square)


定理证明及例题解答





三、


前言



代数的概念与方法是研究计算机科学和工程的重要数学工具


.


众所周知,



许多实际问题的研究中都 离不开数学模型,


而构造数学模型就要用到某种数学结


构,而近 世代数研究的中心问题是代数系统的结构:半群、群、格与布尔代数等



.


近世代数的基本概念、


方法和结果已成为计算机科 学与工程领域中研究人员


的基本工具


.


在研究形式语言与自动机理论、


编码理论、


关系数据库理论、


抽象


数据类型理论中,


在描述机器可计 算的函数、


研究计算复杂性、


刻画抽象数据结

< br>构、研究程序设计学中的语义学、设计逻辑电路中有着十分广泛的应用


.




为什么要研究代数系统?代数是专门研究离 散对象的数学,


是对符号的操作


.


< /p>


它是现代数学的三大支柱之一(另两个为分析与几何)


.



代数从


19


世纪以来 有


惊人的发展,


带动了整个数学的现代化


.



随着信息时代的到来,


计算机、


信息都


是数字(离散化)的,甚至电视机.摄像机、照相机都在 数字化


.



知识经济有人


也称为数字经济


.



这一切 的背后的科学基础,


就是数学,


尤其是专门研究离散对


象的代数


.



代数发端 于



用符号代替数


< br>,后来发展到以符号代替各种事物


.



在一个非空集合上,


确定了某些运算以及这些运算满足的规律,


于是该非空


集合中的元素就说是有了一种代数结构


.< /p>



现实世界中可以有许多具体的不相同


的 代数系统


.


但事实上,


不同的代数系 统可以有一些共同的性质


.


正因为此,



们要研究抽象的代数系统,并假设它具有某一类具体代数系统共同拥有的性质


.



任何在这个抽象系统中成立的结论,均可 适用于那一类代数系统中的任何一个


.



代数学历史悠久


.


代数的发展可分成两个阶段


.


19< /p>


世纪这前的代数称为古


典代数,


19


世纪至今的代数称为近世代数(抽象代数)


.



远在古希腊时期,


人们就知道可以用 符号代表所解问题中的未知数,


并且这


些符号可以像数一样进行 运算,


直到获得问题的解


.



古典代数的基本研究对象是


方程,


它是以讨论方 程的解法为中心


.


在古典代数中,


每 一个符号代表的总是一


个数,


但这个数可以是整数也可以是实数


.


古典代数的主要目标是用代数运算解


一元多次方程


.


它成功地解决了一元二次、一元三次和一元 四次方程的求解问



.




19


世纪初,人们逐渐认识到,符号 不仅可以代表数,而且可以代表任何事



.

< br>在这种思想认识的支配下,


人们开始将任意集合上所进行的代数运算作为研


究的对象,从而出现了近世代数体系和方法


.




19


世纪


3 0


年代,在寻找一元五次方程根式求解方法的过程中,年青的法


国数学家伽罗瓦


(E


.


Galois )


首次得出了群的概念



用置换群的方 法彻底证明了


高于四次的代数方程的根式不可解性


.


起初他的奇思妙想和巧妙方法虽然并不


被当时人接受和理解,却发展出了 一门新的学科



抽象代数学


.




抽象代数学的研究对象是抽象的,


它不是以某一具体事物为研究对象,


而是


以一大 类具有共同性质的事物为研究对象


.


因此其研究成果适用于这 一类事物


中的每一个,从而收到事半功倍之效


.




抽象代数学的主要内容是研究各种各样的代数系统


.



它把一些形式上很不


相同的代数系统,


用统一的方法描述、


研究和推理,


从而得到反映出它们共性的


一些本质的结论,

< br>然后再把这些结论应用到具体的代数系统中


.


从而抽象产生了


广泛的应用


.



抽象代数学在计算机中有着十分重要的应用


.


100


多年来,随着科学的发


展,抽象代数越来越显示 出它在数学的各个分支、物理学、化学、力学、生物学


等科学领域的重要作用

< p>
.


抽象代数的概念和方法也是研究计算科学的重要数学

< br>工具


.



有经验和成熟的计算科 学家都知道,


除了数理逻辑外,


对计算科学最有用


的数学分支学就是代数,


特别是抽象代数


.


抽象代数是关于运算的学问,


是关于


计算规则 的学问


.



在许多实际问题的研究中 都离不开数学模型,


而构造数学模型就要用到某种


数学结构,而 抽象代数研究的中心问题就是一种很重要的数学结构



代数系统 :


半群、群、格与布尔代数等等


.


计 算科学的研究也离不开抽象代数的应用:半群


理论在自动机理论和形式语言中发挥了重要 作用;


有限域理论是编码理论的数学


基础,

在通讯中起过重要的作用;


至于格和布尔代数则更不用说了,


是电子线路


设计、


电子计算机硬件设计和通讯系统设计的重要 工具


.



另外描述机器可计算的


函数、


研究算术计算的复杂性、


刻画抽象数据 结构、


描述作为程序设计基础的形


式语义学,都需要抽象代数知 识


.




这一 章我们将介绍近世代数中最基本的代数系统:


群和半群,


它们在 计算学


科中有十分广泛的应用:


半群在形式语言和自动机理论中 有着重要的应用,


群则


可应用于编码理论之中

< br>.




四、


中英对照




8.1



Partially Ordered Sets Revisited


定义


8.1.1




A relation R on



A is a


partial ordering(


偏序


)


if it is


reflexive, antisymmetric, and transitive


.



If the relation R on A is


a


partial


ordering,


then


(A,R)


is


a



partially


ordered


set


or



poset (


偏序集


)


with ordering R


.



由于集合中 的偏序关系是


Z



R

< br>上的


“≤”



“≥”

< p>
的推广,故常用


“≤”



示一般的偏序关系,偏序集用


(A, ≤)


表示


.


Note that the symbol ≤ is


being used to denote the distinct partial orders


.



定义


8.1.2




Two elements a and b of the partially ordered set (S,



≤) are comparable if either a≤b or b≤a


.


If every two elements of


a poset (S, ≤) are comparable,then ≤ is a total ordering


.








在一个偏序集中,往往有一些特殊元素需要加以注意和研究:



定义


8.1.3




Let (A, ≤) be a poset and B a nonempty subset of A


.



An element a in A is called an



upper bound of B(B


的上界


)



if b≤a


for all b in B


.


The element a is called a


least upper bound(B


的上确界


)


of B if


(1)


a is an upper bound of B and


(2)


any other


upper bound a


1



of B, if exists, then a≤a


1


.


An element a in B is


called a


greatest element(B


的最大元


)


of B


if x≤a for all x in


B


.





An element a in A is called a


lower bound of B(B


的下界


)



if


a≤b for all b in B


.


The element a is called a


greatest


lower


bo und(B


的下确界


)


of B if


(1)


a is a lower bound of B and


(2)


any


other lower bound a


1


of B, if exists, then a


1


≤a


.


An element a in B


is called a


least element(B


的最小元


)


of B if a


≤x for all x in


B


.



定义


8.1.4




Let (A, ≤) be a poset and B a nonempty subset of A


.



An element a in B is called a



maximal element of B(B


的极大元


)



if for every element b of B, a≤b implies a=b


.


An element a in B


is


called


a



minimal


element


of


B(B


的极小元


)



if


for


every


e


lement b of B, b≤a implies a=b


.




8.1.1



Let A be the poset of nonnegative real numbers with


the


usual


partial


order



.



Then


0


is


a


minimal


element


of


A


.



There are no maximal element of A


.


The poset Z with the usual


partial


order



has


no


minimal


elements


a


nd


no


maximal


elements


.





8.1.2



Let A={a,b,c}. Then in the poset (P(A),


?


), the empty


set


?



is a least element of A, and the set A is a greatest element


of A


.




8.1.3





A=P({a


b



c})

,偏序关系为集合的包含关系



?




B={{b


c}



{a


c}}


,则


B


的上界为

< p>
{a



b



c}


,下界为


{c}



Ф


;最



(



)


元不存在,极大


(



)


元都是


{b



c}



{a



c}


.





8.1.4




A={2



3



4


,< /p>


6



7



8



12}



A


上的偏序关系为


|(


整除


关系


)



B={8



12}



C={2



4



12}


,则






B


无上界 ,下界为


2



4


;最大


(



)


元无,极大


(



)

< br>元


8



12



C


的上界

12


,下界为


2


;最大元为


12


,最小元为


2


, 极大元


12


,极


小元为


2


.



定理


8.1.1



Let A be a finite nonempty p


oset with partial order ≤


.



Then


A


has


at


least


one


maximal


element


and


at


least


one


minimal element


.



定理


8.1.2



A


poset


has


at


most


one


greatest


element


and


at


most one least element


.



定理


8.1.3



Let (A, ≤) be a poset


.


Then a nonempty subset B of


A


has


at


most


one


lub


and


at


most

< p>
glb


.


(


< p>
(A,


≤)


为偏序集,


?


≠B


?


A.



B


有上


(



)


确界,则它们是惟一的


)


证明




定理


8.1.3






定义


8.1.5




A poset A for which all two-element subsets have a


least upper bound in A is called an


upper semilattice(


上半格


)


.



In an upper semilattice A, we can define a binary operation



(+) as a



b=lub{a,b}


.


Then (A,



) is an algebraic structure


.



定义


8.1.6




A poset A for which all two-element subsets have a


greatest lower bound in A is called an


lower sem ilattice(


下半



)


.



In a lower semilattice A, we can define a binary operation



(



) as a



b=glb{a,b}


.


Then (A,



) is an algebraic structure


.




定理


8.1.4




(a)



Let


A


be


a


n


upper


semilattice


.


Then


for


all


a,b,c



A,

< br>a



(b


c)=(a



b)



c, a



a=a and a


b=b



a

.



(b)


Let


A


be


a



lower


semilattice


.



Then


for


all


a,b,c



A,

< br>a



(b


c)=(a



b)



c, a



a=a and a


b=b



a

.




ASSIGNMENTS




PP209-210



6



8



9



10



11



12



30



32




8.2




Semigroups and Semilattices



定义


8.2.1




A


binary


operation(


二元运算


)


on


the


set


S


is


a


function f: S×


S


→< /p>


S


.



A binary operation exhibits the property of closure wherein


the result of the operation on two members a and b of S is also a


member of S


.



定义


8.2.2




A set S with a binary operation



on S such that for all


a,b and c in S, (a


< p>
b)



c=a



(b



c) is called a


semigroup(


半群


)



and


is


denoted


by


(S,



)


of


simply


S


if


the


operation


is


understood


.


< p>


(S,



)

< p>
是一个代数结构


.




是一个可结合的二元运算,即:


?


a< /p>



b



c



S



(a



b)



c=a



(b



c)


,则称


(S,



)< /p>



半群


.



定义


8.2.3




Let (S,



) be a semigroup


.


If a


﹡< /p>


b=b



a for all a,b in


S,


then


(S,



)


is


called


a


(commutative)


Abelian


semigroup(


可交换半群,阿贝尔半群


)



.


If there is an element 1 in


(S,



) such that 1



a=a



1 =a for all a in S, then 1 is called the


identity(


单位元,


么元


)


of (S,



) and (S,



) is called a


semigroup


with identity


or a


monoid(


含么半群,独异点


)


.




8.2.1


(Z,+)



(Z,×


)


都是半群;


(Z,



)


不是半群;设


A


为任一集合,



(P(A),



)< /p>



(P(A),



)


都是半群


.


(Z,+)



(Z,×


)



(P(A),



)



(P(A),



)

都是可交换半群


.


(Z,+)



(Z,×


)


都是含么半群,么元分别是


0



1


.



(P(A),



)



(P(A),


< br>)


也都是含么半群,么元分别是


?



A


.




定义


8.2.4




Let


(S,



)


be


a


semigroup


and


T


be


a


nonempty


subset


of


S


.



If



is


a


binary


operation


on


T


,


then


T


is


a



subsemigroup(


子半群


)


of S


.




(T


,



)


is


a


subsemigroup


of


(S,



)


if


and


only


if


T


is


a


nonempty subset of S and for every a, b



T


, a



b



T< /p>


.




8.2.2


({


所有偶数


},+)



(Z



+)


的子半群< /p>


.





8.2.3



Let S be the set of all functions from a nonempty set A


to itself with the binary operation composition of functions


.


Then


S


is


a


semigroup


and


the


identity


function


I


:


A



A,


defined


by


I(a)=a for all a



A, is the identity of A so that S is a monoid


.




8.2.4



A


是有限个符号组成的集合,称为字母表,


A


上的串就是


A


中有限个字 母组成的有序集合,空串记为


?


.


< /p>


A*


表示


A


上的 串集合,


A*


上的连接运算


?


定义为


α,β



A*< /p>



α


?


β=αβ


,则


(A*,


?


)


是一个含么半群,


称为由


A


上的自由半群


(The


free


semigroup


on


the


alphabet


A)


.




8.2.5



Let


Z


n


={[0],[1],[2],



,[n-1]}


be


the


set


of


integers


modulo


n.


Then


(Z


n


,+)


and


(Z


n


,



)


are


both


commutative


monoid


.




定义


8.2.5




Let (S,



) be a semigroup and a be a element of S


.



Define a


n


recursively by a


1


=a and a


n


=a



a


n-1


for n>1


.









Obviously, a


k



a


m


=a


k+m


for all integers k,m>0


.



定义


8.2.6




Let (S,



) be a semigroup and a be a element of S


.


Let


the


set


={a


n


:n>0}={a,a


2

< br>,a


3


,


}


.



Then



is


a


subsemigroup


of


S.


It


is


called


the


cyclic


semigroup


generated by a(



a


生成的循环子半群


).





定理


8.2.1



Let


(S,



)


be


a


semigroup


and


a


1


,a


2


,



, a


k



S


.< /p>



Let


A={a

1


,a


2


,



,a


k


} and A*=


1


,a


2


,



,a


k


> be the set consisiting of all


finite


products


of


a


1


,a


2


,

< p>


,a


k


.



Then


A*


is


a


semigroup.


Furthermore, A* is the smallest semigroup of S containing A


.



定义


8.2.7




The semigroup A* is called the semigroup generated


by A


.


If for every proper subset B of A, B


*≠A*


, then A is called a


minimal



generating set of A*(


最小生成集


).






定义


8.2.8




Let (S,



) and (T


,



) be semigroups and f


:


S



T be a


function such that f(a



b)=f(a)



f(b) for all a,b in S


.


The function


f



is called a


homomorphism from S to T (


从< /p>


S



T


的同态映 射


).





定理


8.2.2



Let (S,



) and (T


,



) be semigroups and f


:


S



T be a



homomorphism from S to T


.



(a)


If S


1


is a subsemigroup of S, then f(S


1


) is a subsemigroup of


T.



(b)


If T


1


is a subsemigroup of T


, then f


-1< /p>


(T


1


) is a subsemigroup of


S


.




定义


8.2.9




Let (S,



) be a semigroup and R be an equivalence


relation on S


.


If R has the property that if aRb and cRd then (a



c)R(b



d) for all a,b,c,d



S, Then R is called a


congruence


relation(

< br>同余关系


).




定理


8.2.3



The equivalence classes of a congruence relation R


on


a



semigroup



S,



)



form


a


semigroup


under


the


binary


operation



defined by [a]



[b]=[a



b]

< br>.




定义


8.2.10




The semigroup formed by a congruence relation R


on a



semigroup (S,



) is called the


quotient semigroup(


商半



)


and is denoted by S/R


.



定理


8.2.4



Let (S,



) and (T


,



) be semigroups and f


:


S



T be a



homomorphism from S to T


.


Define the relation R on S by aRb if


f(a)=f(b)


.


Then the relation R is a congruence relation


.




证明



定理


8.2.4






8.2 .11




A


commutative


semigroup



S,



)


is


a


semilattice(


半格


)


if


a



a=a


for


all


a

< br>∈


S


.



An


element


a


of


a


semigroup is called an


idempotent element(


等幂元


)


if a



a=a


.




定理


8.2.5



Let (S,



) be a semilattice


.


Define the relation




on


S by a



b if a



b=b for a,b



S


.


Then


(S,



) is a poset and a



b is


the


least


upper


bound


of


a


and


b


.



Hence


(S,



)


is


an


upper


semilattice


.



Similiarly


(S,



)


can


be


considered


as


a


lower


semilattice by the relation




on S by a



b if a



b=a for a,b



S


.




证明



定理


8.2.5






ASSIGNMENTS




PP388



4



10



14



16



18


8.3



Lattices





定义


8.3.1




A


poset


(S,




)


that


is


both


an


upper


and


a


lower


semilattice is a


lattice(



)


.




In a lattice (S,




),


we denote lub{a,b} by a



b(called the


join(



)


of a and b) and glb{a,b} by a



b(called the


meet(



)


of


a and b)


.


There are two binary operation on S


.


The lattice will be


denoted


by


(S,



,



)


to


emphasize


the


binary


operations


involved.



定理


8.3.1



Let


(S,



,



)


be


a


lattice


.



Then


the


following


properties are satisfied for all a,b,c



S:


(a)



Commutativity (


交换律


)


a



b=b



a




a



b=b



a


(b)



Associativity (


结合律


)



(a



b)



c=a



(b



c)




(a


b)



c=a

< br>∧


(b



c)


(c)


Absorption(


吸收 律


)



a


∨< /p>


(a



b)=a






a



(a



b)=a



8.3.1



设格


(S,



,



)< /p>


,其中


S


是集合


A


的幂集,偏序关系



就是集


合的包含关系


.


则对


U



V



S< /p>



U



V



U



V

< p>


U



V



U



V

.




8.3.2



设格


(S,



,



)< /p>


,其中


S


是正整数集,偏序关系



就是整除关



.



则对


a



b



S


< p>
a



b



lcm(a,b)



a



b



gcd(a,b)

.




8.3.3



The rational numbers, real numbers, and integers with


the


usual


partial


ordering


all


form


a


lattices


where


a< /p>



b



max( a,b)



a



b



min(a,b)


.

< p>



定义


8.3.2




A


nonempty


subset


T


of


a


lattice


(S,



,



)


is


a


sublattice(


子格


)


of S if for all


a



b



T


,< /p>


a



b


and a



b are in T


.





定义


8.3.3




A lattice (S,



,



) is


bounded(


有界的


)


if the set S,


considered


as


a


poset,


has


a


greatest


element


and


a


least


element


.


The


greatest


element


is


denoted


by


1


and


the


least


element is denoted by 0


.



In a bounded lattice, 0



a=a and 1



a=a for all a



S


.





8.3.4




(P(A),



,



)< /p>


是一个有界格,


A


是最大元,空集


?


是最小元


.




定义


8.3.4




Let (S,



,



) and (S


1


,



1


,



1


) be lattices


.


A function


f:


S



S


1



is


a


homomorphism(





)



if


for


all


a,b



S,


f(a



b)=f(a)




1


f(b) and f(a



b)=f(a)


< p>


1


f(b)


.



If


S


and


S


1



are


bounded


lattices,


then


f:


S

< br>→


S


1



is


a


homomorphism (





的< /p>




)



from


bounded


lattice


S


to


bounded lattice S


1


if it is a homomorphism and also f(0)=0


1


and


f(1)=1


1


, where 0


1


,1


1


are the greatest element and least element


of S


1


respectively


.



定义


8.3.5




Let (S,



,



) and (S


1


,



1


,



1


) be lattices


.


A function


f: S



S


1


is a


isomorphism(


格同构

< br>)


if it is a homomorphism and


f is one-to-one correspondence


.




8.3.5




A



{a,b,c}, B={a,b}


.



则从格


(P(A),



,



)


到格


(P(B),



,



)< /p>


可以定义一个格同态


f: P(A)



P(B), f(C)=C-{c}


.




定义


8.3.6




A lattice (S,



,



) is


a distributive lattice(


分配格


)


if for


all


a,b,c



S


,


a



(b



c)



=(a



b)



(a



c)


a



(b



c


)



=(a



b)



(a



c)




8.3.5



哈斯图为下列图形的格不是分配格


.



1


?


1


?




a


?


a


?


b


?


c


?



-


-


-


-


-


-


-


-



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