1.
Algebrai alapok: DISZKRÉT MATEMATIKA: STRUKTÚRÁK Művelet: Egy H nemüres halmazon értelmezett (kétváltozós) műveleten egy H H H függvényt értünk, azaz egy olyan leképezést, amely bármely a,b H elempárhoz egyértelműen hozzárendel egy H-beli elemet. Melyek műveletek az alábbiak közül? - +, -, *, :, R, Z (C) -ben? -sík egybevágósági transzformációinak halmazában a kompozíció? - skalárszorzat - vektoriális szorzat -vegyes szorzat Def.: Egy H-n értelmezett * művelet asszociatív, ha bármely a,b,c H-ra a*(b*c)=(a*b)*c teljesül.
Példa: DISZKRÉT MATEMATIKA: STRUKTÚRÁK Mátrixok szorzása asszociatív, de nem kommutatív Def.: Egy H-n értelmezett * művelet kommutatív, ha bármely a,b H-ra a*b=b*a teljesül.
Def.: Bal oldali egységelemnek egy olyan e b H elemet nevezünk, amelyre minden a H-val e b* a=a teljesül. Def.: Jobb oldali egységelemnek egy olyan e j H elemet nevezünk, amelyre minden a H-val a*e j =a teljesül. Def.: Az e H elem egyégelem (vagy kétoldali egységelem), ha mind bal, mind pedig a jobb oldal egységelem, azaz minden a H-ra e*a=a*e=a. Def.: Összeadás esetén az egységelemet nullelemnek vagy nullának nevezzük, és 0-val jelöljük. Példák: Az alábbiak közül melyik művelet, komm., asszoc, egységelemes, inverzelemes? - páros számok/páratlan számok: +,-,* - N és nulla halmazban: max (x, y), min(x,y), legkisebb-közös-többszörös(x,y)
- sík eltolásai, sík forgatásai adott, rögzített pont körül Def.: Az a H elem bal oldali inverzén (vagy röviden balinverzén) egy olyan a b H elemet értünk, amelyre a b -1 * a=e. Def.: Az a H elem jobb oldali inverzén (vagy röviden jobbinverzén) egy olyan a j H elemet értünk, amelyre a * a j -1 =e. Def.: Az a H elem inverze (vagy kétoldali inverze) egy olyan a -1 H elem, amely az a-nak mind a bal, mind pedig a jobb oldali inverze, azaz a -1 *a= a*a -1 =e. Tétel: Legyen értelmezve H n egy asszociatív művelet. Ha a kétoldali inverzek léteznek, akkor a b =a j =a -1 (az inverz kétoldali és egyértelmű) Biz.: a b -1 =a b -1 *e=a b -1 * (a*a j -1 )= (a b -1 *a) *a j -1 =a j -1
Def.: Csoport: Egy G nemüres halmazt csoportnak nevezünk, ha értelmezve van G-n egy asszociatív művelet, létezik egységelem és minden elemnek van inverze. (0. a,b G és a*b G, zártság, a művelet definíciójából következik!!!) 1. (a*b)*c=a*(b*c) 2. Létezik e G, e*a=a minden a-ra 3. létezik a -1 G, és minden a G esetén igaz, hogy a -1 *a=e ( Ha 4. a*b=b*a, akkor kommutatív, vagy Abel-csoport)
Példák csoportra: DISZKRÉT MATEMATIKA: STRUKTÚRÁK sík-tér egybevágósági transzformációi vektorok + egész számok + racionális számok + valós számok + n m-es mátrixok +, {{-1,1}, } Tétel: a, x, y G-re, (a*x=a*y) x=y (x*a=y*a) x=y (G mert lehet, hogy G nem kommutatív!) Biz.: x=e*x=a b -1* a*x= a b -1 *a*y=e*y=y A másodikat ehhez hasonlóan, hf. Tétel: a, x, y G ax=b x=(a b -1 )b, illetve (xa=b x=b(a j -1 ) Biz.: x=e*x= a b -1 *(a*x)= a b -1 b. A másikat ehhez hasonlóan hf.
Def.: Egy T legalább kételemű halmazt kommutatív testnek nevezünk, ha: Értelmezve van T-n két művelet egyiket összeadásnak, másikat szorzásnak hívjuk. Az összeadás asszociatív és kommutatív, létezik nullelem, és minden elemnek létezik ellentettje. A szorzás asszociatív és kommutatív, létezik egységelem és a nullelemen kívül minden elemnek létezik ( a szorzásra vonatkozó, azaz multiplikatív) inverze. bármely a, b, c T-re a*(b+c)=a*b+a*c teljesül. Ezeket a tulajdonságokat szokás testaxiómáknak is nevezni. Az elnevezésben a kommutatív jelző a szorzás kommutativitására utal. Ha a szorzás kommutativitását nem kötjük ki, akkor nemkommutatív ill. ferdetestről beszélünk. Példák: -Q, R, C, a+bsqrt(2), 2x2 mátrixok közül az a ik =0, kivéve a 22 =x alakúak
Def: Struktúra, részstruktúra, csoport-részcsoport? Félcsoport: egyetlen asszociatív művelet Def.: Egy R nemüres halmazt gyűrűnek nevezünk, ha értelmezve van R-en két művelet az egyiket összeadásnak, a másikat szorzásnak hívjuk, az összeadás asszociatív és kommutatív, létezik nullelem és minden elemnek létezik ellentettje (vagyis K csoport), a szorzás asszocatív, a két műveletet a disztributiv szabály kapcsolja össze, pontosabban a szirzás disztibutív az összeadásra nézve: bármely a,b,c R re a*(b+c)=a*b+a*c és (b+c)*a=b*a+c*a teljesül.
Példák: DISZKRÉT MATEMATIKA: STRUKTÚRÁK - n x n-es mátrixok gyűrűje a szokásos + és. műveletekre - a páros számok (kommutatív) gyűrűje a szokásos + és * műveletekre Az alábbi, sárgával jelölt rész a Lineéris algebra tárgyhoz tartozik, s teljesség kedvéért említjük itt is. Def.: A V nemüres halmazt vektortérnek nevezünk a T test felett, ha az alábbi kikötések, ún. vektortéraxiómák teljesülnek: A V halmazon értelmezve van egy összeadás nevű művelet, bármely u,v V elempárhoz egyértelműen hozzárendelünk egy V-beli elemet, amelyet u+v-vel jelöllünk. Az összeadás kommutatív csoport. A T test és a V halmaz között értelmezve van a skalárral való szorzás (miért nem művelet?) az alábbi módon: bármely T és u V elempárhoz egyértelműen hozzárendelünk egy V-beli elemet, amelyet u-val jelölünk. (Művelet ez?)
Bármely, T és v V esetén: ( + )v= v+ v Bármely T és v, u V esetén: (u+v)= u+ v Bármely, T és v V esetén: ( )v= ( v) Bármely v V esetén: 1v=v, ahol 1 a T test egységeleme (azaz amellyel minden T-re 1 = 1= ). Pl.:sík, tér vektorai, n m-es mátrixok A vektortéraxiómák következményei: a műveletek általános tulajdonságaiból azonnal következik, hogy a nullvektor (0) és minden vektornak az ellentettje egyértelmű
elvégezhető a kivonás, azaz bármely u, v V vektorhoz egyértelműen létezik olyan w V vektor, amelyre v+w=u, ezt w=u-v-vel jelöljük. az összeadás asszociativitása és kommutativitása miatt a többtagú összegek esetén a zárójelek elhagyhatók, és a tagok sorrendje is tetszőlegesen átírható. 0.v=0, 0=0 (bizonyítás is kell!)
Def.: Egy T test feletti V vektortér egy nemüres W V részhalmazát altérnek nevezzük a V-ben, ha W maga is vektortér ugyanazon T test felett ugyanazokra a V-beli vektorműveletekre (pontosabban ezeknek a műveleteknek a W-re történő megszorításaira) nézve. Tétel: Egy T test feletti V vektortérben egy W nemüres részhalmaz akkor és csak akkor altér, ha: u, v W u+v W v W, T v W.