Полугруппа

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Полугруппа в общей алгебре — множество с заданной на нём ассоциативной бинарной операцией . Существуют разногласия по поводу того, нужно ли включать требование непустоты в определение полугруппы; отдельные авторы даже настаивают на необходимости наличия нейтрального элемента («единицы»). Однако более общепринятым является подход, согласно которому полугруппа не обязательно является непустой и не обязательно содержит нейтральный элемент. Полугруппа с нейтральным элементом называется моноидом; любую полугруппу , не содержащую нейтральный элемент, можно превратить в моноид, добавив к ней некоторый элемент и определив полученный моноид обычно обозначается как .

Примеры полугрупп: натуральные числа с операцией сложения, множество всех отображений множества в себя с операцией композиции, множество всех слов над некоторым алфавитом с операцией конкатенации. Любая группа является также и полугруппой; Идеал кольца всегда является полугруппой относительно операции умножения.

Определение[править | править код]

Полугруппой является (непустое) множество , в котором для любой пары взятых в определённом порядке элементов определён новый элемент, называемый их произведением , причём для любых всегда выполнено [1].

Виды полугрупп[править | править код]

Полугруппа называется коммутативной (или абелевой), если для любых всегда выполнено .

Важные классы образуют полугруппы с сокращением[2]:

  • с левым сокращением, если при любых из всегда следует ;
  • с правым сокращением, если при любых из всегда следует ;
  • с двусторонним сокращением, если является полугруппой и с левым, и с правым сокращением одновременно.

Элемент полугруппы называется регулярным, если в найдется такой элемент , что . Полугруппа, все элементы которой регулярны, называется регулярной полугруппой.

Элемент полугруппы называется вполне регулярным, если в найдется такой элемент , что и . Вполне регулярная полугруппа — полугруппа, все элементы которой вполне регулярны[3].

Полугруппа , в которой для любых в всегда найдутся такие , что и , является группой.

Структура полугруппы[править | править код]

Если , то принято обозначать .

Подмножество полугруппы называется подполугруппой, если оно само является полугруппой относительно ограничения операции на подмножество. Для этого достаточно, чтобы для любых двух элементов из их произведение также принадлежало .

Если подмножество непусто и (соответственно, ) лежит в , то называют правым (соответственно, левым) идеалом. Если является одновременно левым и правым идеалом, то его называют двусторонним идеалом, или просто идеалом.

Пересечение и объединение любого семейства подполугрупп также является подполугруппой; из этого следует, что подполугруппы образуют полную решётку. Пример полугруппы, в которой нет минимального идеала — положительные целые числа с операцией сложения. Если же наименьший идеал есть, а полугруппа коммутативна, то он является группой.

Благодаря ассоциативности, можно корректно определить натуральную степень элемента полугруппы как:

.

Для степени элемента справедливо соотношение .

Частным случаем полугрупп являются полугруппы с делением, в которых для каждых двух элементов и определено правое и левое частное.

В конечной полугруппе всегда есть идемпотент (элемент, для которого ).

Гомоморфизм полугрупп — это отображение, сохраняющее структуру полугруппы. А именно, отображение из полугруппы в полугруппу называется гомоморфизмом, если . Две полугруппы и называются изоморфными, если существует биективный гомоморфизм .

Отношения Грина[править | править код]

В 1951 году Джеймс Грин[en] ввёл пять фундаментальных отношений эквивалентности на полугруппе. Они оказались существенными для понимания полугруппы как в локальном, так и в глобальном аспектах. Отношения Грина на полугруппе определяются следующими формулами:

Из определения непосредственно следует, что  — правая конгруэнция, а  — левая конгруэнция. Также известно, что . Одним из наиболее фундаментальных утверждений в теории полугрупп является лемма Грина, которая утверждает, что если элементы и R-эквивалентны, , такие, что , и  — соответствующие правые сдвиги, то  — взаимно обратные биекции на и наоборот соответственно. Также они сохраняют H-классы.

Примечания[править | править код]

  1. Ляпин, 1960, с. 28.
  2. Ляпин, 1960, с. 29.
  3. Ляпин, 1960, с. 104.

Литература[править | править код]