拟群

✍ dations ◷ 2025-09-12 18:15:45 #非结合代数,群论,拉丁方,代数结构

在数学中,特别是抽象代数里,拟群是一种类似于群的代数结构。拟群与群的相像之处是也能够进行除法运算,但拟群中并没有群所拥有的结合律。有单位元的拟群称作幺拟群或者圈(loop)。

拟群的正规定义有两种,分别带有一种和三种二元运算。

一个拟群 (, *) 是一个集合 与一个二元运算 * 的结合(即一个原群),满足对 中的任意元素 和 ,都存在唯一的 中元素 和 ,使得:

这两个唯一的元素被记作: = \ 和 = / 。其中“\” 和 “/”分别表示被二元运算所定义的“左除法”和“右除法”。拟群的公理化需要用到存在量词,因此也就需要建立在一阶逻辑之上。

拟群的第二个定义是建立在泛代数的背景中。泛代数希望代数结构为簇,也就是说其公理化过程应该只需要到等式的概念。在这样的要求下,拟群被定义为:

一个拟群 (, *, \, /) 是一种 (2,2,2) 代数,其满足等式:

因此如果 (, *) 是依据第一种定义的拟群,那么 (, *, \, /) 则是其在泛代数范畴内对应的概念。

一个有单位元的拟群称为一个幺拟群或一个圈,也可称作一个环,这里的单位元是指 中元素 使得:

可以证明单位元 是唯一的,并且这时每一个 中元素都有唯一的一个左逆元和右逆元。

拟群具有可消去性:如果 = ,那么 = 。同样地,如果 = ,那么 = 。

拟群 的定义说明拟群中的左乘变换和右乘变换:

都是 到自身的双射。原群 是拟群当且仅当这两个变换是双射变换,而且它们的逆变换给出了右除和左除变换:

在这种标记下,拟群写作:

一个有限拟群的乘法构成的乘法表是一个拉丁方:一个 × 的表格,每行每列都是 n 个不同的元素的排列,并且每个元素恰好出现在每一行和每一列各一次。

反之,每个拉丁方都可以以多种方式成为一个拟群的乘法表。

对于每个圈,圈中的每个元素都有左逆和右逆:

称一个圈是双边可逆的,如果对圈所有的 , x λ = x ρ {\displaystyle x^{\lambda }=x^{\rho }}  : → 满足 () = ()()。 拟群同态保持了左右除法以及单位元(如果有的话)。

设 和 为拟群,一个从 到 的 拟群同伦 是一个从 到 的映射三元组(α, β, γ) 使得对 中所有的 , ,有

三个映射都相同时,就是一个拟群同态。

一个同痕是使得 (α, β, γ) 中所有的三个映射都是双射的拟群同伦。两个拟群是同痕的当且仅当它们之间存在同痕映射。在拉丁方中,三元组 (α, β, γ) 由第 α 和第 β 列的一个置换以及其余集合上的一个置换 γ 给出。

一个自同痕是从 射到自身的同痕。一个拟群的所有自同痕构成一个群。

每个拟群都与某个圈同痕。如果一个圈与某个群同痕,那么它与此群同构,因此也为一个群。但是,如果一个拟群与某个群同痕,由于缺乏单位元,拟群本身不一定是群。比如说,实数集合 R 与其上的运算(+)/2 构成的拟群同痕于 R 上的加法群,但它本身不是群。

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