Пусть (K,+, ·) - кольцо. Так как (K, +) - абелева группа, учитывая свойства групп получим
СВ-ВО 1 . Во всяком кольце (K,+, ·) имеется единственный нулевой элемент 0 и для всякого a ∈ K имеется единственный противоположный ему элемент −a.
СВ-ВО 2. ∀ a, b, c ∈ K (a + b = a + c ⇒ b = c).
СВ-ВО 3. Для любых a, b ∈ K в кольце K существует единственная разность a − b, причем a − b = a + (−b). Таким образом, в кольце K определена операция вычитания, при этом она обладает свойствами 1′-8′.
СВ-ВО 4 . Операция умножения в K дистрибутивна относительно операции вычитания, т.е. ∀ a, b, c ∈ K ((a − b)c = ac − bc ∧ c(a − b) = ca − cb).
Док-во. Пусть a, b, c ∈ K. Учитывая дистрибутивность операции · в K относительно операции + и определение разности элементов кольца, получим (a − b)c + bc = ((a − b) + b)c = ac, откуда по определению разности следует, что (a − b)c = ac − bc.
Аналогично доказывается правый закон дистрибутивности операции умножения относительно операции вычитания.
СВ-В 5. ∀ a ∈ K a0 = 0a = 0.
Доказательство. Пусть a ∈ K и b-произвольный элемент из K. Тогда b − b = 0 и поэтому, учитывая предыдущее свойство, получим a0 = a(b − b) = ab − ab = 0.
Аналогично доказывается, что 0a = 0.
СВ-ВО 6. ∀ a, b ∈ K (−a)b = a(−b) = −(ab).
Доказательство. Пусть a, b ∈ K. Тогда (−a)b + ab = ((−a) + a)b =
0b = 0. Значит, (−a)b = −(ab).
Аналогично доказывается равенство a(−b) = −(ab).
СВ-ВО 7. ∀ a, b ∈ K (−a)(−b) = ab.
Доказательство. В самом деле, применяя дважды предыдущее свойство, получим (−a)(−b) = −(a(−b)) = −(−(ab)) = ab.
ЗАМЕЧАНИЕ. Свойства 6 и 7 называют правилами знаков в кольце.
Из дистрибутивности операции умножения в кольце K относительно операции сложения и свойств 6 и 7 вытекает следующее
СВ-ВО 8. Пусть k, l-произвольные целые числа. Тогда ∀ a, b ∈ K (ka)(lb) = (kl)ab.
Подкольцо
Подкольцом кольца (K,+, ·) называется подмножество H множества K, которое замкнуто относительно операций + и ·, определенных в K, и само является кольцом относительно этих операций.
Примеры подколец:
Так, Z -подкольцо кольца (Q,+, ·), Q-подкольцо кольца (R,+, ·), Rn×n -подкольцо кольца (Cn×n,+, ·), Z[x]-подкольцо кольца (R[x],+, ·), D -подкольцо кольца (C,+, ·).
Во всяком кольце (K,+, ·) само множество K, а также одноэлементное подмножество {0} являются подкольцами кольца (K,+, ·). Это так называемые тривиальные подкольца кольца (K,+, ·).
Простейшие свойства подколец.
Пусть H - подкольцо кольца (K,+, ·), т.е. (H,+, ·) само является кольцом. Значит, (H, +)-группа, т.е. H -подгруппа группы (K, +). Поэтому справедливы следующие утверждения.
СВ-ВО 1. Нулевой элемент подкольца H кольца K совпадает с нулевым элементом кольца K.
СВ-ВО 2 . Для всякого элемента a подкольца H кольца K противоположный ему элемент в H совпадает с −a, т.е. с противоположным ему элементом в K.
СВ-ВО 3. Для любых элементов a и b подкольца H их разность в H совпадает с элементом a − b, т.е. с разностью этих элементов в K.
Признаки подкольца.
ТЕОРЕМА 1 (первый признак подкольца).
Непустое подмножество H кольца K с операциями + и · является подкольцом кольцаK тогда итолькотогда, когда оно удовлетворяет следующим условиям:
∀ a, b ∈ H a + b ∈ H, (1)
∀ a ∈ H − a ∈ H, (2)
∀ a, b ∈ H ab ∈ H. (3)
Необходимость. Пусть H - подкольцо кольца (K,+, ·). Тогда H -подгруппа группы (K, +). Поэтому по первому признаку подгруппы (в аддитивной формулировке), H удовлетворяет условиям (1) и (2). Кроме того, H замкнуто относительно операции умножения, определенной в K, т.е. H
удовлетворяет и условию (3).
Достаточность. Пусть H ⊂ K, H 6= ∅ и H удовлетворяет условиям (1) − (3). Из условий (1) и (2) по первому признаку подгруппы следует, что H -подгруппа группы (K, +), т.е. (H, +)-группа. При этом, так как (K, +)-абелева группа, (H, +) также абелева. Кроме того, из условия (3) следует, что умножение является бинарной операцией на множестве H. Ассоциативность операции · в H и ее дистрибутивность относительно операции + следуют из того, что такими свойствами обладают операции + и · в K.
ТЕОРЕМА 2 (второй признак подкольца).
Непустое подмножество H кольца K с операциями + и · является
подкольцом кольца K т. и т. т, когда оно удовлетворяет следующим условиям:
∀ a, b ∈ H a − b ∈ H, (4)
∀ a, b ∈ H ab ∈ H. (5)
Доказательство этой теоремы аналогично доказательству теоремы 1.
При этом используется теорема 2′ (второй признак подгруппы в аддитивной формулировке) и замечание к ней.
7.Поле (определение, виды, свойства, признаки).
Полем называется коммутативное кольцо с единицей e не равно 0, в котором всякий элемент, отличный отнуля имеет обратный.
Классическими примерами числовых полей являются поля (Q,+, ·), (R,+, ·), (C,+, ·).
СВОЙСТВО 1. Во всяком поле F справедлив закон сокращения
на общий множитель, отличный от нуля, т.е.
∀ a, b, c ∈ F (ab = ac ∧ a не равно 0 ⇒ b = c).
СВОЙСТВО 2. Во всяком поле F нет делителей нуля.
СВОЙСТВО 3. Кольцо (K,+, ·) является полем тогда и только
тогда, когда множество K \ {0} есть коммутативная группа относительно операции умножения.
СВОЙСТВО 4 . Конечное ненулевое коммутативное кольцо (K,+, ·) без делителей нуля является полем.
Частное элементов поля.
Пусть (F,+, ·)-поле.
Частным элементов a и b поля F, где b не равно 0,
называется такой элемент c ∈ F, что a = bc.
СВОЙСТВО 1. Для любых элементов a и b поля F, где b не равно 0, существует единственное частное a/b, причем a/b= ab−1.
СВОЙСТВО 2. ∀ a ∈ F \ {0}
a/a= e и ∀ a ∈ F a/e= a.
СВОЙСТВО 3. ∀ a, c ∈ F ∀ b, d ∈ F \ {0}
a/b=c/d ⇔ ad = bc.
СВОЙСТВО 4. ∀ a, c ∈ F ∀ b, d ∈ F \ {0}
СВОЙСТВО 5. ∀ a ∈ F ∀ b, c, d ∈ F \ {0}
(a/b)/(c/d)=ad/bc
СВОЙСТВО 6. ∀ a ∈ F ∀ b, c ∈ F \ {0}
СВОЙСТВО 7. ∀ a ∈ F ∀ b, c ∈ F \ {0}
СВОЙСТВО 8. ∀ a, b ∈ F ∀ c ∈ F \ {0}
Поле F, единица которого имеет конечный порядок p в группе (F, +)p.
Поле F единица, которого имеет бесконечный порядок в группе (F, +), называется полем характеристики 0.
8. Подполе (определение, виды, свойства, признаки)
Подполем поля (F,+, ·) называется подмножество S множества F, которое замкнуто относительно операций + и ·, определенных в F, и само является полем относительно этих операций.
Приведем некоторые примеры подполей Q-подполе поля (R,+, ·);
R-подполе поля (C,+, ·);
справедливы следующие утверждения.
СВОЙСТВО 1. Нулевой элемент подполя S поля F совпадает с
нулевым элементом поля F.
СВОЙСТВО 2 . Для всякого элемента a подполя S поля F противоположный ему элемент в S совпадает с −a, т.е. с противоположным ему элементом в F.
СВОЙСТВО 3. Для любых элементов a и b подполя S поля F их
разность в S совпадает с a−b т.е. с разностью этих элементов в F.
СВОЙСТВО 4. Единица подполя S поля F совпадает с единицей
e поля F.
СВОЙСТВО 5 . Для всякого элемента a подполя S поля F, от-
личного от нуля, обратный к нему элемент в S совпадает с a−1, т.е. с элементом, обратным к a в F.
Признаки подполя.
ТЕОРЕМА 1 (первый признак подполя).
Подмножество H поля F c операциями +, ·, содержащее ненулевой
(F,+, ·)
∀ a, b ∈ H a + b ∈ H, (1)
∀ a ∈ H − a ∈ H, (2)
∀ a, b ∈ H ab ∈ H, (3)
∀ a ∈ H \ {0} a−1 ∈ H. (4)
ТЕОРЕМА2 (второй признак подполя).
Подмножество H поля F c операциями +, ·, содержащее ненулевой
элемент, является подполем поля (F,+, ·) тогда и только тогда, когда оно удовлетворяет следующим условиям:
∀ a, b ∈ H a − b ∈ H, (5)
∀ a ∈ H ∀ b ∈ H\{0} a/b ∈ H. (6)
10. Отношение делимости в кольце Z
Утверждение: для любых элементов a,b,c коммутативного кольца на множестве R, справедливы следующие импликации:
1) а|b, b|c => a|c
2) a|b, a|c => a| (b c)
3) a|b => a|bc
для любого a, b Z справедливо:
2) a|b, b≠0 => |a|≤|b|
3)a|b и b|a ó |a|=|b|
Разделить с остатком целое число а на целое число b , значит найти такие целые числа q и r, что можно представить a=b*q + r, 0≤r≥|b|, где q – неполное частное, r- остаток
Теорема: Если a и b Z , b≠0, то а можно разделить на b с остатком,причем неполное частное и остаток определяются однозначно.
Следствие,если a и b Z , b≠0, то b|a ó
11. НОД и НОК
Наибольший общий делитель(НОД) чисел Z называется некоторое число d, удовлетворяющее следующим условиям
1) d является общим делителем т.е. d| , d| …d|
2) d делится на любой общий делитель чисел т.е. d| , d| …d| => d| , d| …d|
Fsb4000 писал(а):
2. а)делимая абелева группа не имеет максимальных подгрупп
Думаю, хватит уже полных решений, да? Модераторы ведь зароют за то, что я Вам уже две задачи полностью расписал!!! Посему, чтобы их не злить, ограничимся идеями.
Ниже мы везде считаем, что натуральный ряд начинается с единицы.
Предположите, что --- делимая группа и --- максимальная подгруппа в . Рассмотрите
Докажите, что --- подгруппа в , содержащая . В силу максимальности возможны только два случая: или .
Рассмотрите каждый из случаев по отдельности и придите к противоречию. В случае возьмите и докажите, что
есть собственная подгруппа в , содержащая и не равная . В случае зафиксируйте и , такие что и покажите, что
является собственной подгруппой в , содержащей и не совпадающей с .
Добавлено спустя 10 минут 17 секунд:
Fsb4000 писал(а):
б) привести примеры делимых абелевых групп,могут ли они быть конечными?
Самый простой пример --- это . Ну или , --- что Вам больше нравится.
Насчёт конечности... конечно же делимая группа не может быть конечной (за исключением тривиального случая, когда группа состоит из одного нуля). Предположите, что --- конечная группа. Докажите, что для некоторого и всех . Потом возьмите такое и узрите, что уравнение неразрешимо при ненулевом .
Добавлено спустя 9 минут 56 секунд:
Fsb4000 писал(а):
4. Построить пример коммутативного и ассоциативного кольца R ()(), в котором нет максимальных идеалов.
Возьмите абелеву группу . Покажите, что она делимая. Умножение задайте следующим образом:
Покажите, что для 
выполняется всё, что надо.
Упс!.. А ведь ошибся я тут, похоже. Максимальный идеал есть, он равен . Н-да, надо ещё подумать... Но не буду я сейчас ничего думать, а поеду лучше на работу, в универ. Надо же Вам хоть что-то для самостоятельного решения оставить!
Добавлено спустя 10 минут 29 секунд:
Fsb4000 писал(а):
1.Доказать что произвольное кольцо с единицей содержит максимальный идеал.
по решению: 1. По лемме Цорна выберем минимальный положительный элемент, он и будет порождающим идеал.
Ну... не знаю, что Вы там за минимальный положительный элемент такой придумали. По моему, это полная чушь. Какой Вы там в произвольном кольце "положительный элемент" найдёте, если в этом кольце порядок не задан и непонятно, что там "положительное", а что "отрицательное"...
Но насчёт того, что надо применять лемму Цорна --- это правильная идея. Только применять её надо к множеству собственных идеалов кольца. Берёте это множество, упорядочиваете его обычным отношением включения и показываете, что данное упорядочивание индуктивно. Потом, по лемме Цорна, заключаете, что в этом множестве есть максимальный элемент. Этот максимальный элемент и будет максимальным идеалом!
Когда будете показывать индуктивность, то в качестве верхней грани для цепи собственных идеалов берите их объединение. Оно тоже будет идеалом, а собственным оно окажется потому, что единица в него не войдёт. И вот, кстати, в кольце без единицы доказательство через лемму Цорна не проходит, а всё дело именно в этом моменте
Добавлено спустя 34 минуты 54 секунды:
Alexiii писал(а):
Любое кольцо по определению имеет единицу,так что немыслимо писать "кольцо с единицей". Любое кольцо само по себе идеал кольца и притом,очевидно,максимальный...
Нас учили, что наличие единицы в определение кольца не входит. Так что произвольное кольцо не обязано содержать единицу, а если она в нём всё-таки есть, то сказать про такое кольцо, что оно является "кольцом с единицей", более чем уместно!
Думаю, что порывшись в библиотеке, я найду кучу весьма солидных учебников по алгебре, которые подтверждают мою точку зрения. И в матэнциклопедии написано, что кольцо не обязано единицу иметь. Так что всё в условии задачи у автора темы правильно, нечего на него гнать!
Максимальным идеалом кольца, по определению , называется идеал, максимальный по включению среди собственных идеалов . Об этом не то что во многих, а просто во всех учебниках по алгебре написано, в которых теория колец присутствует. Так что насчёт максимальности у Вас ещё один гон совершенно не по теме!
Добавлено спустя 6 минут 5 секунд:
Alexiii писал(а):
Вообще,как я понял из ваших комментов, "кольца с единицией" пишут только для того,чтобы исключить одноэлементный случай.
Совершенно неправильно поняли! "Кольца с единицей" пишут для того, чтобы обозначить наличие единицы в кольце
А колец без единицы полно. К примеру, множество чётных целых чисел с обычными сложением и умножением образуют такое кольцо.
Определение 4.1.1. Кольцо (K , +, ) – это алгебраическая система с непустым множеством K и двумя бинарными алгебраическими операциями на нем, которые будем называть сложением и умножением . Кольцо является абелевой аддитивной группой, а умножение и сложение связаны законами дистрибутивности: (a + b ) c = a c + b c и с (a + b ) = c a + c b для произвольных a , b , c K .
Пример 4.1.1. Приведем примеры колец.
1. (Z , +, ), (Q , +, ), (R , +, ), (C , +, ) – соответственно кольца целых, рациональных, вещественных и комплексных чисел с обычными операциями сложения и умножения. Данные кольца называются числовыми .
2. (Z /n Z , +, ) – кольцо классов вычетов по модулю n N с операциями сложения и умножения.
3. Множество M n (K ) всех квадратных матриц фиксированного порядка n N с коэффициентами из кольца (K , +, ) с операциями матричного сложения и умножения. В частности, K может быть равно Z , Q , R , C или Z /n Z приn N .
4. Множество всех вещественных функций, определенных на фиксированном интервале (a ; b ) вещественной числовой прямой, с обычными операциями сложения и умножения функций.
5. Множество полиномов (многочленов) K [x ] с коэффициентами из кольца (K , +, ) от одной переменной x с естественными операциями сложения и умножения полиномов. В частности, кольца полиномов Z [x ], Q [x ], R [x ], C [x ], Z /n Z [x ] приn N .
6. Кольцо векторов (V 3 (R ), +, ) c операциями сложения и векторного умножения.
7. Кольцо ({0}, +, ) с операциями сложения и умножения: 0 + 0 = 0, 0 0 = = 0.
Определение 4.1.2. Различают конечные и бесконечные кольца (по числу элементов множества K ), но основная классификация ведется по свойствам умножения. Различают ассоциативные кольца, когда операция умножения ассоциативна (пункты 1–5, 7 примера 4.1.1) и неассоциативные кольца (пункт 6 примера 4.1.1: здесь ,). Ассоциативные кольца делятся на кольца с единицей (есть нейтральный элемент относительно умножения) и без единицы , коммутативные (операция умножения коммутативна) и некоммутативные .
Теорема 4.1.1. Пусть (K , +, ) – ассоциативное кольцо с единицей. Тогда множество K * обратимых относительно умножения элементов кольца K – мультипликативная группа.
Проверим
выполнение определения группы 3.2.1. Пусть
a
, b
K
* .
Покажем, что a
b
K
* .
(a
b
) –1 = b
–1 а
–1 K
.
Действительно,
(a b ) (b –1 а –1) = a (b b –1) а –1 = a 1 а –1 = 1,
(b –1 а –1) (a b ) = b –1 (а –1 a ) b = b –1 1 b = 1,
где а –1 , b –1 K – обратные элементы к a и b соответственно.
1) Умножение в K * ассоциативно, так как K – ассоциативное кольцо.
2) 1 –1 = 1: 1 1 = 1 1 K * , 1 – нейтральный элемент относительно умножения в K * .
3) Для
a
K
* ,
а
–1 K
* ,
так как (а
–1) a
= a
(а
–1) = 1
(а
–1) –1
=
a
.
Определение 4.1.3. Множество K * обратимых относительно умножения элементов кольца (K , +, ) называют мультипликативной группой кольца .
Пример 4.1.2. Приведем примеры мультипликативных групп различных колец.
1. Z * = {1, –1}.
2. M n (Q ) * = GL n (Q ), M n (R ) * = GL n (R ), M n (C ) * = GL n (C ).
3.
Z
/n
Z
*
– множество обратимых классов вычетов,
Z
/n
Z
* = {
| (k
, n
) = 1,
0 k
< n
},
при
n
> 1
| Z
/n
Z
* | =
(n
),
где
– функция Эйлера.
4. {0} * = {0}, так как в данном случае 1 = 0.
Определение 4.1.4. Если в ассоциативном кольце (K , +, ) с единицей группа K * = K \{0}, где 0 – нейтральный элемент относительно сложения, то такое кольцо называют телом или алгеброй с делением . Коммутативное тело называется полем .
Из данного определения очевидно, что в теле K * и 1 K * , значит, 1 0, поэтому минимальное тело, являющееся полем, состоит из двух элементов: 0 и 1.
Пример 4.1.3.
1. (Q , +, ), (R , +, ), (C , +, ) – соответственно числовые поля рациональных, вещественных и комплексных чисел.
2. (Z /p Z , +, ) – конечное поле из p элементов, если p – простое число. Например, (Z /2Z , +, ) – минимальное поле из двух элементов.
3.
Некоммутативным
телом является тело
кватернионов
– совокупность кватернионов
,
то есть выражений вида h
=
a
+ bi
+ cj
+ dk
,
где a
,
b
,
c
,
d
R
,
i
2 =
= j
2 = k
2 = – 1,
i
j
= k
= – j
i
,
j
k
= i
= – k
j
,
i
k
= – j
= – k
i
,
с операциями сложения и умножения.
Кватернионы складываются и перемножаются
почленно с учетом указанных выше формул.
Для всякого h
0
обратный кватернион имеет вид:
.
Различают кольца с делителями нуля и кольца без делителей нуля.
Определение 4.1.5. Если в кольце найдутся ненулевые элементы a и b такие, что a b = 0, то их называют делителями нуля , а само кольцо – кольцом с делителями нуля . В противном случае кольцо называется кольцом без делителей нуля .
Пример 4.1.4.
1. Кольца (Z , +, ), (Q , +, ), (R , +, ), (C , +, ) – кольца без делителей нуля.
2.
В
кольце (V
3 (R
), +, )
каждый отличный от нуля элемент является
делителем нуля, поскольку
для всех
V
3 (R
).
3.
В
кольце матриц M
3 (Z
)
примерами делителей нуля являются
матрицы
и
,
так как A
B
= O
(нулевая матрица).
4.
В
кольце (Z
/n
Z
, +, )
с
составным n
= k
m
,
где 1 < k
,
m
< n
,
классы вычетов
и
являются делителями нуля, так как.
Ниже приведем основные свойства колец и полей.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ПРИМЕРЫ ГРУППЫ.
Опр1 .Пусть G не пустое множество элементов произвольной природы. G называется группой
1) На множестве G задана бао °.
2) бао ° ассоциативна.
3) Существует нейтральный элемент nÎG.
4) Для любого элемента из G симметричный ему элемент всегда существует и принадлежит такжеG.
Пример. Множество Z – чисел с операцией +.
Опр2 .Группа называется абелевой , если она коммутативна относительно заданной бао °.
Примеры групп:
1) Z,R,Q «+» (Z+)
Простейшие свойства групп
В группе существует единственный нейтральный элемент
В группе для каждого элемента существует единственный симметричный ему элемент
Пусть G - группа с бао °, тогда уравнения вида:
a°x=b и x°a=b (1) - разрешимы и имеют единственное решение.
Доказательство . Рассмотрим уравнения (1) относительно x. Очевидно, что для а $! а". Так как операция ° - ассоциативна, то очевидно x=b°a" - единственное решение.
34. ЧЕТНОСТЬ ПОДСТАНОВКИ*
Определение 1 . Подстановка называется четной , если она разлагается в произведение четного числа транспозиций, и нечетная в противном случае.
Предложение 1 .Подстановка
Является четной <=> - четная перестановка. Следовательно, количество четных подстановок
из n чисел равно n!\2.
Предложение 2 . Подстановки f и f - 1 имеют один характер четности.
> Достаточно проверить, что если - произведение транспозиций, то <
Пример:
ПОДГРУППА. КРИТЕРИЙ ПОДГРУППЫ.
Опр. Пусть G - группа c бао ° и не пустое подмножество HÌG, тогда H называют подгруппой группы G, если H -подгруппа относительно бао° (т.е. ° - бао на Н. И Н с этой операцией группа).
Теорема (критерий подгруппы). Пусть G - группа относительно операции°, ƹHÎG. H является подгруппой <=> "h 1 ,h 2 ÎH выполняется условие h 1 °h 2 "ÎH (где h 2 " - симметричный элемент к h 2).
Док-во. =>: Пусть H - подгруппа (нужно доказать, что h 1 °h 2 "ÎH). Возьмем h 1 ,h 2 ÎH, тогда h 2 "ÎH и h 1 °h" 2 ÎH (так как h" 2 - симметричный элемент к h 2).
<=: (надо доказать, что H - подгруппа).
Раз H¹Æ , то там есть хотя бы один элемент. Возьмем hÎH, n=h°h"ÎH, т.е. нейтральный элемент nÎH. В качестве h 1 берем n, а в качестве h 2 возьмём h тогда h"ÎH Þ " hÎH симметричный элемент к h также принадлежит H.
Докажем, что композиция любых элементов из Н принадлежит Н.
Возьмём h 1 , а в качестве h 2 возьмём h" 2 Þ h 1 °(h 2 ") " ÎH, Þ h 1 °h 2 ÎH.
Пример. G=S n , n>2, α - некоторый элемент из Х={1,…,n}. В качестве H возьмём не пустое множество H= S α n ={fÎ S n ,f(α)=α}, при действии отображения из S α n α остаётся на месте. Проверяем по критерию. Возьмём любые h 1 ,h 2 ÎH. Произведение h 1 . h 2 "ÎH, т.е H - подгруппа, которая называется стационарной подгруппой элемента α.
КОЛЬЦО, ПОЛЕ. ПРИМЕРЫ.
Опр. Пусть К непустое множество с двумя алгебраическими операциями: сложением и умножением. К называется кольцом , если выполняются следующие условия:
1) К- абелевагруппа(коммутативна относительно заданной бао °) относительно сложения;
2) умножение ассоциативно;
3) умножение дистрибутивно относительно сложения().
Если умножение коммутативно, то К называют коммутативным кольцом . Если относительно умножения есть нейтральный элемент, то К называют кольцом с единицей .
Примеры.
1)Множество Z целых чисел образует кольцо относительно обычных операций сложения и умножения. Это кольцо коммутативно, ассоциативно и обладает единицей.
2) Множества Q рациональных чисел и R действительных чисел являются полями
относительно обычных операций сложения и умножения чисел.
Простейшие свойства колец.
1. Так как К абелева группа относительно сложения, то на К переносятся простейшие свойства групп.
2. Умножение дистрибутивно относительно разности: a(b-c)=ab-ac.
Доказательство. Т.к. ab-ac+ac=ab и a(b-c)+ac=a((b-c)+c)=a(b-c+c)=ab, то a(b-c)=ab-ac.
3. В кольце могут быть делители нуля, т.е. ab=0, но отсюда не следует,что a=0 b=0.
Например, в кольце матриц размера 2´2, существуют элементы не равные нулю такие, что их произведение будет нуль: ,где - играет роль нулевого элемента.
4. a·0=0·а=0.
Доказательство. Пусть 0=b-b. Тогда a(b-b)=ab-ab=0. Аналогично 0·а=0.
5. a(-b)=(-a)·b=-ab.
Доказательство: a(-b)+ab=a((-b)+b)=a·0=0.
6. Если в кольце К существует единица и оно состоит более, чем из одного элемента, то единица не равна нулю, где 1─ нейтральный элемент при умножении; 0 ─ нейтральный элемент при сложении.
7. Пусть К кольцо с единицей, тогда множество обратимых элементов кольца образуют группу относительно умножения, которую называют мультипликативной группой кольца K и обозначают K* .
Опр. Коммутативное кольцо с единицей, содержащее не менее двух элементов, в котором любой отличный от нуля элемент обратим, называется полем .
Простейшие свойства поля
1. Т.к. поле - кольцо, то все свойства колец переносятся и на поле.
2. В поле нет делителей нуля,т.е. если ab=0 ,то a=0 или b=0.
Доказательство.
Если a¹0 ,то $ a -1 . Рассмотрим a -1 (ab)=(a -1 a)b=0 , а если a¹0 ,то b=0, аналогично если b¹0
3. Уравнение вида a´x=b, a¹0, b – любое, в поле имеет единственное решение x= a -1 b, или х=b/a.
Решение этого уравнения называется частным.
Примеры. 1)PÌC, P - числовое поле. 2)P={0;1};
Аннотация: В данной лекции рассматриваются понятия колец. Приведены основные определения и свойства элементов кольца, рассмотрены ассоциативные кольца. Рассмотрен ряд характерных задач, доказаны основные теоремы, а также приведены задачи для самостоятельного рассмотрения
Кольца
Множество R с двумя бинарными операциями (сложением + и умножением ) называется ассоциативным кольцом с единицей , если:
Если операция умножения коммутативна, то кольцо называется коммутативным кольцом. Коммутативные кольца являются одним из главных объектов изучения в коммутативной алгебре и алгебраической геометрии.
Замечания 1.10.1 .
Примеры 1.10.2 (примеры ассоциативных колец) .
Мы уже убедились, что группа вычетов (Z n ,+)={C 0 ,C 1 ,...,C n-1 }, C k =k+nZ , по модулю n с операцией сложения , является коммутативной группой (см. пример 1.9.4, 2)).
Определим операцию умножения, полагая . Проверим корректность этой операции . Если C k =C k" , C l =C l" , то k"=k+nu , l"=l+nv , , и поэтому C k"l" =C kl .
Так как (C k C l)C m =C (kl)m =C k(lm) =C k (C l C m), C k C l =C kl =C lk =C l C k , C 1 C k =C k =C k C 1 , (C k +C l)C m =C (k+l)m =C km+lm =C k C m +C l C m , то является ассоциативным коммутативным кольцом с единицей C 1 кольцом вычетов по модулю n ).
Свойства колец (R,+,.)
Лемма 1.10.3 (бином Ньютона) . Пусть R - кольцо с 1 , , . Тогда:
Доказательство.
Определение 1.10.4 . Подмножество S кольца R называется подкольцом , если:
а) S - подгруппа относительно сложения в группе (R,+) ;
б)для имеем ;
в)для кольца R с 1 предполагается, что .
Примеры 1.10.5 (примеры подколец)
. 
Задача 1.10.6 . Описать все подкольца в кольце вычетов Z n по модулю n .
Замечание 1.10.7 . В кольце Z 10 элементы, кратные 5 , образуют кольцо с 1 , не являющееся подкольцом в Z 10 (у этих колец различные единичные элементы).
Определение 1.10.8 . Если R - кольцо, и , , ab=0 , то элемент a называется левым делителем нуля в R , элемент b называется правым делителем нуля в R .
Замечание 1.10.9 . В коммутативных кольцах, естественно, нет различий между левыми и правыми делителями нуля.
Пример 1.10.10 . В Z , Q , R нет делителей нуля.
Пример 1.10.11 . Кольцо непрерывных функций C имеет делители нуля. Действительно, если
то , , fg=0 .
Пример 1.10.12
. Если n=kl
, 1 Лемма 1.10.13
. Если в кольце R
нет (левых) делителей нуля, то из ab=ac
, где Доказательство. Если ab=ac
, то a(b-c)=0
. Так как a
не является левым делителем нуля, то b-c=0
, т. е. b=c
. Определение 1.10.14
. Элемент называется нильпотентным
, если x n =0
для некоторого Ясно, что нильпотентный элемент является делителем нуля (если n>1
, то Упражнение 1.10.15
. Кольцо Z n
содержит нильпотентные элементы тогда и только тогда, когда n
делится на m 2
, где , . Определение 1.10.16
. Элемент x
кольца R
называется идемпотентом
, если x 2 =x
. Ясно, что 0 2 =0
, 1 2 =1
. Если x 2 =x
и , , то x(x-1)=x 2 -x=0
, и поэтому нетривиальные идемпотенты
являются делителями нуля. Через U(R)
обозначим множество обратимых элементов ассоциативного кольца R
, т. е. тех , для которых существует обратный элемент s=r -1
(т. е. rr -1 =1=r -1 r
).
, , следует, что b=c
(т. е. возможность сокращать на ненулевой элемент слева, если нет левых делителей нуля; и справа, если нет правых делителей нуля).
. Наименьшее такое натуральное число n
называется степенью нильпотентности элемента
.
, ). Обратное утверждение неверно (в Z 6
нет нильпотентных элементов, однако 2
, 3
, 4
- ненулевые делители нуля).
