1、应用离散数学 群环域第 4 章:群、环、域4.1 代数运算习题 4.11. 判断下列集合对所给的二元运算是否封闭。(1)集合 关于普通的加法和普通乘法运算,其中 是一个正整数。|ZZzn n(2)集合 关于普通的加法和普通的乘法运算。12nxS,(3)集合 关于普通的加法和普通的乘法运算。0,(4)集合 关于普通的加法和普通的乘法运算。|,(5)所有 阶 实可逆矩阵集合 关于矩阵加法和矩阵乘法运算。n)()(RnM对于封闭的二元运算,判断它们是否满足交换律、结合律和分配律,并在存在的情况下求出它们的单位元、零元和所有可逆元素的逆元。解:(1)任意 ,Zba,,所以对普通的加法运算封闭。nn,所
2、以对普通的乘法运算封闭。nZb2)((2)2. 判断下列集合对所给的二元运算是否封闭。(1)正实数集合 和*运算,其中*运算定义为:Rbaba, R(2) 。*运算定义为:221naA, A,对于封闭的二元运算,判断它们是否满足交换律、结合律和等幂律,并在存在的情况下求出它们的单位元、零元和所有可逆元素的逆元。解:(1)不封闭。例如 , 。1313 R(2)封闭。 ,所以*运算在 上是封闭的。Abab, A, 有:Rc,,而 ,因为 不恒成立,即 ,aaab所以 不满足交换律。应用离散数学 群环域因为 , ,acba)( abc)(所以 ,所以 满足结合律。)(又因为 ,所以 满足等幂律。设
3、为单位元,则因有 , ,即 ,由 的任意性可知,eAaaeae单位元不存在。3. 设 ,这里 是有理数集合,*为 上的二元运算,QSS,yxvu, vyuxyxvu,(1)*运算在 上是否可交换、可结合?是否为等幂的?S(2)*运算是否有单位元、零元?如果有,请指出,并求 中所有可逆元素的逆元。S(3)*运算在 上是否满足消去律?解:(1) ,Syxvu,vyu,xyx,所以 ,故*运算在 上不可交换。v,, S又 ,有Sbayxu,, bavuyxyvuba ,),( vxv),(所以 ,故*运算在 上可结合。),(,yx S又 ,所以*运算在 上不等幂。yyx(2)*运算在 上的单位元是
4、,存在逆元的元素 的逆元是S0,1yx,,1,且 的可逆条件是 ,不存在零元。yxx(3)若 yxbavuba,即 ,y也即 ,所以 ,也就是 ,xu且, vu, yxvu,故 ,所以 满足左消去律, yxxv , 同理可证 满足右消去律,故 满足消去律。4. 为实数集合,定义以下六个函数 。 有R 61ff, R,应用离散数学 群环域, ,yxf)(1, yxf)(2, ,|3, 4,)min(5f, )ma(6f,(1)指出哪些函数是 上的二元运算。R(2)若是 上的二元运算,说明是否可交换的、可结合的、等幂的?(3)若是 上的二元运算,求单位元、零元以及每一个可逆元素的逆元。(4)若是
5、上的二元运算,说明是否满足消去律。解:(1)这 6 个都是 上的二元运算。R(2)它们的可交换性、可结合性、等幂性、单位元、零元判断如下:函数 交换 结合 等幂 单位元 零元1f 为 0 2 3f 4 为 1 为 05f 6 (3) 的逆元为 , 的逆元为 。yxyx)/(xy(4)略5. 设 ,问下面定义的运算在 上是否封闭?对于封闭的二元运算,102, GG请说明运算*是否满足交换律、结合律,并在存在的情况下求出运算*的单位元、零元和所有可逆元素的逆元。(1) , 是 与 的最大公因数。)(yxyx,gcd)(yx,gcd(2) , 是 与 的最小公倍数。lm,l,(3) 大于等于 和 的
6、最小整数。(4) 质数 的个数,其中 。yxpypx解:(1)封闭。因为 , 为 与 的因数,故 。交换Gx,)(,gcd Gyx)(,gcd律和结合律都满足。单位元没有,1 是零元。(2)不封闭。例如, , 。14)72(,lm(3)封闭。交换律和结合律满足。单位元是 1,零元是 10。应用离散数学 群环域(4)不封闭。例如, , 。018G4.2 半群与群习题 4.21. 设 是所有形如G012a的矩阵组成的集合, *表示矩阵乘法。试问 是半群吗?是有么半群吗?这里,G是实数。12a、解:任取 的 2 个元素 ,G012aA012bBB012a12b121aG是一个代数系统。又因为矩阵的乘
7、法满足结合律,所以 是一, ,个半群。又因为,只要 ,则1a ,BA02112b0121ba012B对任何 成立,即 是左单位元(不论 取何值) 。因此单位元不存在(若单G12a12位元则左右单位元都存在且相等还唯一) ,即 不是有么半群。事实上,右单位元确,G实不存在,因为不论 取何值12,b BA012a0121ba01aA不可能对任何 成立,所以右单位元不存在。G因此单位元不存在 不是有么半群。,应用离散数学 群环域2. 在正实数集合 上定义运算*如下Rabyx1试问 是半群吗?是有么半群吗?,R解: 任取 中的 3 个元素 Rcba,,所以 是一个代数系统。ba1, bcacabcac
8、 11)( cccbca1)(,即 是一个半群。)()(a,R如果存在单位元 ,则 , ,可得 ,所以没有单exex0eR位元,所以不是有幺半群。3. 对自然数集合 定义运算 和 如下:N,mab, minba,试问 和 是半群吗?是有么半群吗? ,N,解:显然都满足运算的封闭性,所以 和 都是代数系统。,N,显然都满足运算的结合律,所以 和 都是半群。, ,有单位元“1” ,所以是有么半群。,N没有单位元,所以不是有么半群。,4. 设 是一个半群,它有一个左零元 ,令,G|Gx证明 也构成一个半群。,5. 在一个多于一个元素的有么半群中,证明一个右零元不可能有右逆元。证:有么半群中的么元 显
9、然不可能等于任一个右零元。e应用离散数学 群环域设有一个右零元 ,它的右逆元为 ,则 ,因为 ,r1rer1 rr所以 ,即 , ,导致矛盾,因此一个右零元不可能有rr11 e右逆元。6. 设 是一个多于一个元素的集合, 是 上所有函数组成的集合,证明有么半群GG有多于一个的右零元,但没有左零元。这里 表示复合运算。 , 证: 因 至少含有 2 个元,不妨设 ,且 ,定义如下两个映射 :ba,bGf21,, xaf,)(1 Gxf,)(2则因为, aff)()(11 bff)()(22所以 , ,即 和 是 的右零元,所以说f21f2,G有多于一个的右零元。,G下面证明无左零元,用反证法,设有
10、左零元 ,则 有:0fxaxffxf )()()(01100b22这与 矛盾,所以 无左零元。ba,G7. 设 为整数集合,在 上定义二元运算 如下:ZZZyxyx,2问 关于 运算能否构成群?为什么?解:易证 Z 关于 运算是封闭的,且对任意 有z,42)()( yxzyxzyx,42)( zyxz结合律成立。2 是 运算的么元。 , 是 关于 运算的逆元。纵上所述,Z够成群。,Z应用离散数学 群环域8. ,证明 是一个群,这里 是复合运0|)(RbabaxfG, ,G算。证: ,且 ,对于任意的 ,有Rdcba,cxbadcbdcaxffbac )()()(,又 ,得 ,故运算 在 上是封
11、闭的。G0 Gffacc,恒等变换 ,从而 有单位元 。fI,1 I,取 ,有Rbafba, fba1,0,.1, 11 ffbaa ., 111fba故 可逆,且 。所以 是一个群。baf, 1,1,abf,G9. 设 ,证明 是一个群,)/()(/ rrrrG, ,G这里,运算 表示将 代换到 中 所在位置。证: r1rr11rr1rr1r1rrr11rr1r1rr1r1r应用离散数学 群环域从运算表上可以看出,运算具有封闭性,满足结合律,单位元为 ,每个元都有逆元,r所以构成一个群。10. 设 。在 上定义六个函数如下:10|,xARA, ,xf)(1 12)(xf, ,3 4,15)f
12、 16)f令 为这六个函数构成的集合, 是复合运算。G(1)给出 的运算表。 (2)验证 是一个群。, ,G证:(1)建造如下 的运算表,)(1xf2f)(3xf4f)(5xf6f1f22f1f4f3f6f5f)(3xf3)(5x)(16x)(24x44f6f2f5f1f3f5f536142)(6x6f)(4xf)(5f2xf)(3f1xf(2)从表上可以看出,函数的复合运算 在 G 上具有封闭性,有可结合性,有么元,)(1xf的逆元为 , 的逆元为 , 的逆元为 , 与2)(2xf3f)(3xf6f)(6xf4f5f互为逆元。故 是一个群。,G11. 在群 中计算下列元素的幂:,R, ,?.
13、02?5.01, ,542,41解: , , ,.025.010., , 412 设 是一个群,证明,G应用离散数学 群环域, ,nmxnmx)( Zn,13. 设 ,对于 上的二元运算“模 7 乘法 ”:654321,GG)od7jiji构成一个群。请7,(1)给出 的运算表。 (2)给出每个元的逆元。7,(3)给出每个元的次数。解:(1) 7 1 2 3 4 5 61 1 2 3 4 5 62 2 4 6 1 3 53 3 6 2 5 1 34 4 1 5 2 6 35 5 3 1 6 4 26 6 5 4 3 2 1(2)逆元: , , , , , 。121(3)元素 1,2,3,4,5
14、,6 的次数分别为 1,11,5,2,3,6。14. 设 ,对于 上的二元运算“模 15 乘法 ”:387,GG15)(mod15jiji构成一个群。请15,(1)给出 的运算表。 (2)给出每个元的逆元。15,(3)给出每个元的次数。解:(1)15 1 2 4 7 8 11 13 141 1 2 4 7 8 11 13 142 2 4 8 14 1 7 11 134 4 8 1 13 2 14 7 117 7 14 13 4 11 2 1 88 8 1 2 11 4 13 14 711 11 7 14 2 13 1 8 413 13 11 7 1 14 8 2 2应用离散数学 群环域14 1
15、4 13 11 9 7 4 2 1(2)逆元: , , , , , , ,1824113817341(3)元素 1,2,4,7,8,11,13,14 的次数分别为 1,4,2,4,4,2,4,2。4.3 群的性质、循环群习题 4.31. 设 为群,若 有 ,证明 为交换群。,GGxe2,G证: ,因为有 ,所以有 ,xe21因为 ,即 ,又因为 为群,12 x1,所以 为交换群。,2. 设 是群,证明 是交换群的充要条件是 有 。,GGba, 22)(ba证:充分性:条件已知 ,由于是群,运算满足结合律和消去律,有22)(ba,故 ,所以ba)()( ab是交换群。G必要性:条件已知 是交换群
16、,运算满足结合律和交换律,有,22 )()()()()( baabababab 即 22证毕。3. 设 为群,并且对任意的 都有 ,GG, 33)(,证明 是交换群。55)(ba证: ,因为 为群,所以运算满足消去律和结合律,又有 , 55)(ba所以bababa 从左边消去 和右边消去 后可得44)(应用离散数学 群环域即 3344 )()()( bababa对上式使用消去律,有(1)33(2)4555 )()( bababa由(1)和(2)可推出: 4334 )()(对 使用消去律,则有 。3)(abaab所以 是交换群。G4. 设 为有限半群,且满足消去律,证明 是群。, G证:对于 ,
17、考虑集合,32 maa由封闭性可知 ,又由 的有限性,所以 也是有限集。故aG必有 ,使得0,kn即 knknnae由消去律可得 ,即有eakeak11可见, 的逆元 。k因此, 是群。,G5. 设 为群, ,证明, Gcba, | bac6. 设 是群, 且 。如果 且 与 互质, , mn|, n证明 。mnba|证:令 ,由 可知dabenmnnn )()(从而有 。|应用离散数学 群环域又由 。可知ebadd)(dba即 。再根据|ddednd)(得 。同理有 ,又 。从而知道 是 和 的公因子。因为nad| mbd| |anm与 互质,m所以 。这就证明了 和1|d eadn|同理可
18、证 ,即 是 和 的公倍数。由于 与 互质,必有 。d|综合前边的结果得 。即 。b|7. 证明循环群一定是交换群,举例说明交换群不一定是循环群。证:若 为循环群,则 ,使得 ,,GGa|Zka所以 ,使得 ,cbnmcb,所以 ,即 满足交换律,也即bcmnn ,G是交换群。,不是所有的交换群都是循环群,例如:Klein 四元群是交换群,但不是循环群。8. 证明由 1 的 次复根的全体所组成的集合与复数的乘法构成一个 阶循环群。n n证:由代数的知识可知,1 的 次复根的全体所组成的集合为 1,20|2nkeGi,,2qpeinqip inqpinqipee)(22若 ,则 ;in)(2若
19、,则存在 ,使得 ,而,k k。因此 关于数的乘法是封闭的。数的乘法运Geeinininqp2)(2)(2算满足结合律, 是 的么元,因为 ,i01eink2。 ,都存在 ,使得iinknkik )0(22i Geink)(2,所以 的逆元存在。故niiiiin ee 0202)()(2 i是一个群。 ,都有 ,故 是群 的一个生成元,,Gn2 knkei因此 是循环群。9. 阶数为 5、6、14、15 的循环群的生成元分别有多少个? 解: 设 是阶数为 5 的循环群的生成元,则因在比 5 小的正整数中有且仅有 ,3,4 与 5a 2互质,所以 也是生成元,因此生成元个数为 4。432,应用离
20、散数学 群环域设 是阶数为 6 的循环群的生成元,则因在比 6 小的正整数中有且仅有 5 与 6 互质,a所以 也是生成元,因此生成元个数为 2。5设 是阶数为 14 的循环群的生成元,则因在比 14 小的正整数中有且仅有3,5,9,11,13 与 14 互质,所以 也是生成元,因此生成元个数13953,aa为 6。设 是阶数为 15 的循环群的生成元,则因在比 15 小的正整数中有且仅有a2,4,8,11,13,14 与 15 互质,所以 也是生成元,因此生1431842,成元个数为 7。10. 设 ,对于 上的二元运算“模 12 乘法 ”:15,GG12)(mod12jiji(1)证明 构
21、成一个群。 (2)求 中每个元素的次数。12, G(3) 是循环群吗?,(1)证: ,kji,)12(od()1(od)( 212 kjiji mm12kji 所以 1212ji即 满足结合律。又由下表12 1 5 7 111 1 5 7 115 5 1 11 77 7 11 1 511 11 7 5 1得单位元 1, ,G而且每个元素都存在逆元, , , , ,1711综上可知 构成一个群。12,(2) 1,5,7,11 的次数分别为 1,5,7,11。(3)4.4 子群、置换群习题 4.4应用离散数学 群环域1. 给出群 的全部子群。 8,Z解:群 的平凡子群两个: 和8, 8,08,Z非
22、平凡子群两个: 642,8,子群 的左陪集有 8 个:0 7,5,3,2,1,这 8 个左陪集构成了 的一个划分。8Z子群 的左陪集有 1 个:88这 1 个左陪集构成了 的一个划分。8子群 的左陪集有 2 个:6,42,0, 7,53,1这 2 个左陪集构成了 的一个划分。8Z子群 的左陪集有 4 个:,, , ,405,6,2,这 4 个左陪集也构成了 的一个划分。82. 设 ,对 上的二元运算“模 12 乘法 ”:17,GG12)(mod12jiji构成一个群,请求出 的所有子群。12, ,3. 设 是群, 是其子群,任给 ,令, HHa|1h证明 是 的子群(称为 的共轭子群)1aHG
23、证:由于 非空,可知 非空。1a,即存在 使得 ,有1,cbh2, 121,acab1211211 )()()( ahhbc因为 为子群,有 ,从而 。H2 11H所以 是 的子群。1aHG4. 设 是群, 和 是其子群,证明 和 是 的子群当且仅当, KK,G,其中K,|kh |Hhk证:(1)充分性。假设 ,需要证明 是子群。因 ,故HKe,,He应用离散数学 群环域从而 非空。 ,这里 ,有HKHKkhyx1, Kkh11,,记1 )()(k2由 可知, ,使得 ,从而33, 312xy31由子群的判定定理, 是 的子群。,G(2)必要性。已知 是 的子群,需要证明 。HK, KH对于
24、,因 是子群,故 。于是 ,使得xx1kh,,从而 。因 ,故 。证得 。hkx11hkh1, 同理可证 。从而有 。故 是 的子群当且仅当 。HK,GKH同理可证 是 的子群当且仅当 。,5. 设 是群, 是 的子集,证明 是 的子群当且仅当, GG,这里12, |21212h, |1h证:(1)根据 的定义:,H,|21212h, |1H因为 是 的子集,所以显然有: 。又因为 中任意元素 可以写成G, h,所以 ,还因为 中任意元素 可以写成 ,所以 ,因此heh1)(112,(2) ,因为 ,所以H21, ,Hh4312由子群的判定定理知, 是 的子集。G6. 某一通讯编码的码字 ,其
25、中 和 为数据位,)(721xx, 321x, 4和 为校验位( 都是 0 或 1) ,并且满足65x, 7 721x, , ,3542642317这里 是模 2 加法。设 是所有这样的码字构成的集合。在 上定义二元运算如下:HH)( 72212 yxyxyx, 证明 构成一个群,且是 的子群,其中 是长度为 7 的位串构成的集合。, ,GG7. 设 和 分别是群 的 阶子群,若 互质,证明 。 K, sr, sr, eK证:假设不然,则存在 ,且 。于是 也是 的生成元,从而 ,xexxHx)(应用离散数学 群环域所以与 互质矛盾。sr,8. 设 是循环群, 和 是它的两个子群。证明aGsa
26、HtaK,这里 是 和 的最小公倍数。uaKH)(ts,gcdt9. 设 5 阶置换为,45132 25431计算 , , , , 。1解: 52433145231311245110. 设 ,写出 上的所有 4 元置换。32,SS11. 列出 4 元对称群 的运算表,求出单位元,每个元的逆元,每个元的次数以,4及它的所有子群。4.5 陪集与商群习题 4.51. 集合 在“模 20 加法 ”下构成一个群。设 是由 5 生成19202, Z20H的 的一个子群。20(1)求出 的每个元素及其次数。 (2)求 在 中的所有左陪集。H20Z应用离散数学 群环域2. 求 12 阶循环群 的子群 在143
27、2aaeG, 84aeH,中的所有左陪集。证: 是一个左陪集;取 且 ,则 又是一个左陪集;取不eHcH,95cc属于 的 中的元素,如 ,则 又是左陪集;取不属于 c21062在 中元素,如 ,则 又是左陪集。于是23,73,即 在 中的所有左陪集有 。cG3GHc32,3. 设 是群 的子群,证明 的所有不同左陪集(右陪集)中有且仅又一个,在 下构成 的子群。,证:设 中的么元为 。因为 ,所以 是一个陪集。eH若另一个陪集 也是 的子群,那么 ,故必有 ,使得 ,aaeh1eha1即有 。对于 ,有 ,所以 ;反之,对于1hhh1H,有Ha )()()( 1111因此, 。这就表明左陪集
28、只有一个是子群,即 本身。a同理可证右陪集只有一个是子群,即 本身。H4. 证明 6 阶群必含有 3 次元。证:设 是 6 阶群。根据推论 1, 中只可能存在 1 阶,2 阶,3 阶和 6 阶元。GG若 含有 6 阶元,比如说是 ,则 就是 中的 3 阶元。a2若 中不含有 6 阶元,则 中的非单位元只可能为 2 阶或 3 阶元。下面用反证法证明 中G必含有 3 阶元。若不然,则 中的所有元素 都满足 ,即 。任取 ,ea1ab,则有。bab11)(所以 是交换群。取 中非单位元 和 ,令 ,易证 是 的子群。G,eHH但 ,与拉格朗日定理矛盾。|H5. 证明偶数阶群必含 2 次元。证:由下一
29、题(第 6 题)可知有限群中,周期大于 2 的元素的个数是偶数。群的么元周期为1,群的阶又是偶数,因此,至少存在一个周期为 2 的元素。6. 证明在有限群中次数大于 2 的元素的个数必定是偶数。证:有限群为 , 为其么元, ,对 , ,则 ,GeGcba,Zkeakek)(1由此可知 的是无限的当且仅当 的周期是无限的。又可知,若 的周期为 , 的周期a1 n1a应用离散数学 群环域为 ,由定理得, ,所以, 。如果 的周期大于 2 的元素,则 ,mmn|,nbb1因为如果 ,从而 ,这与 的周期大于 2 矛盾。由于群的元素的逆元是唯一的,b1e2b故不同的元素有不同的逆元。因此,周期大于 2
30、 的元素与它的逆元成对出现,所以有限群中,次数大于 2 的元素的个数是偶数。7. 设 是一个阶数为 的有限群,其中 是质数,证明 是循环群并求它的所,GppG有子群。 证:由 , 中必存在 。令 ,则 是 的子群,根据拉格朗日pea,aH定理 或 。1|H|若 ,则 ,与 矛盾,所以 。又由于 ,必有1|p| p|, 是循环群。G下略。8. 证明循环群的子群仍是循环群。证:设循环群 , 是生成元。 是 的子群。当 时, 是循环群。)(aHGeH设 。注意到 ,又知 非空,故可令eHnn,|aZnn,|mik下面证明 。)(k首先, ,则有 。aak)(其次,对于任一 ,设 。于是Hn kls0
31、,snkl a)(又因Halkn,根据 的定义,必有 。证得 。从而 ,故有 。k0l )(|kn )(ka)(kaH故 为循环群。所以循环群的子群仍是循环群。H9. 设 为虚数单位,即 ,令i 12i 0100iiG,则 与矩阵乘法构成群 ,请,(1)给出 的运算表。 (2)试找出 的所有子群。G(3)证明 的所有子群都是正规子群。 解: (1)略应用离散数学 群环域(2)它的子群除了两个平凡群外还有:;101Hi2, 0103iH, 4,(3)尽管 不是交换群,因为G,010ii01ii单它的所有子群都是正规子10. 设 是群, 和 是其子群,若 或 是正规子群,则 ,其,GHKHKKH中
32、,|khHK |hk证:不妨假设 为正规子群。对于 ,因为 是正规子群,所以必存在 使得kh, 1,于是就有11hkKHk故有 。KH同理可证 。因此, 。11. 设 是群, 是其子群,证明 是正规子群当且仅当对任意的 ,都,G Ga有 。a1证:若 是正规子群,则 。有 ,则HGaH, Ha1h应用离散数学 群环域若对于 , ,则有 。HhGa,a1Ha1另一方面,对于 ,有 1)(h其中 ,从而 ,根据条件有 ,从而1 11aa有 。证得 。 是正规子群。1aHH112. 令 是整数加群。求商群 , 和 ,其中,集合,ZGZ4/12/Z/4, 。|4Zz|2Zz解: 是 的正规子群,左陪集
33、有 4 个:,所以|,1|,|,3|zz/|,4|,2|,4|z z=是 的正规子群,左陪集有:12Z,0()|,(2)1|,8(1)28|ZzZz所以 /01,844.6 同态与同构习题 4.61. 对以下各小题给定的群 和 以及 ,说明 是否为群 到 的同态。如果是,1G21G2说明是否为单同态,满同态和同构,并求同态像 和同态核 。)(1)ker((1) , ,其中 为非零实数的集合,和分别表示数,ZG,R2R的加法和乘法。 是 奇 数是 偶 数,: x1)(Z(2) , ,其中 , 为复数集合,Z1 ,A2 1|CC和分别表示数的加法和乘法。 xixsnco)(,: Z(3) , ,其
34、中 ,和的定义同(2) 。,R1G,2 xixAsc)(,: R应用离散数学 群环域2. , 都是有么半群,其中 ,表示数的乘法。,Z,A10,A其 它 情 况 时当,: )(2)(NZkx证明 是从 到 的同态映射。Z证:显然 是从 到 的映射, ,下面分两种情况讨论:Ayx,(1)当 时,有 ,于是),(2,Nnmyx1)(,)(y。(1)((2)当 至少有一个不能表示为 时, 就不能表示为 的形式,, 2kx)(2Nk至少有一个为 0,于是)(yx。)()(yyx因此, , ,即 是从 到 的同态映射。Z, ZA3. , 都是有么半群,和分别表示数的加法和乘法。,R, x10)(,: R
35、证明 是从 到 的单同态,但不是同构。, ,R证: 对 ,有 ,yx, )(10)( yyxyxyx 所以 是 到 的同态映射。, ,对 ,若 ,显然有 ,即 ,,yx从而 是 上的单射;然而对 ,不存在满足 的 ,RR1)(xR从而 不是 上的满射;因此 不是 的双射。故, 是从 到 的单同态,但不是同构。, ,4. 是整数加法群, 是任意一个群,对于 中的任一固定元素 ,令,Z,GGa,证明 是从 到 的同态映射,并求同态核。)()naggZ5. 是实数加法群, 是模为 1 的复数对于乘法运算的群,这两个群同态,R,1C吗?同构吗?请说明理由。6. 和 分别是正整数对于加法和乘法构成的半群
36、,问从 到,Z, ,Z,和从 到 都存在同态映射吗?说明理由。, , ,Z7. 设 是从群 到群 的同态映射, 是从群 到群f,G,Hg,H的同态映射,证明复合函数 是从群 到群 的同态映射。,Kgf,G,K8. 设 、 是代数系统, 都是二元运算, 是从 到 的同态映, ,H, G应用离散数学 群环域射,则(1) 是 上的运算,即 是代数系统。)(G,)(G(2)如果 在 上满足交换律,则 在 上也满足交换律。(3)如果 在 上满足结合律,则 在 上也满足结合律。(4)如果 在 上满足等幂律,则 在 上也满足等幂律。)((5)如果 是 的零元,则 是 的零元。, ,9. 设 、 是代数系统,
37、 都是二元运算, 是从,G,H, 到 的同态映射,证明如果在 上, 和 满足吸收律,则在 上, 和 也满足吸HG )(G收律。10. 设 是一个群,定义映射 为 ,证明 是 的自同构, :1x当且仅当 是交换群。11. 设 是从群 到群 的同态映射,证明若 是循环群,则 也, ,H)(是循环群。证:因为 是循环群,于是对于 ,都有GGamn,)()(mna对于 时,有 。1(对于 时,有 。2 22 )(a若 时,有 ,那么,对 时有kn11)kk knkkaaa)()() 11 这表明, 中的每一个元素都可以表示为 ,所以 是以生成元为 的循环G)(G)(a群。12. 设 和 分别是 阶群和
38、 阶群,若从 到 存在单同态,证明, ,HmnH,即 是 的因子。 nm|证:设 是群 到 的单一同态,则 的同态象 是 的子群,显然 是 到gg)(g的双射,于是 是一个 阶群,由拉格朗日定理可知, 。)(G)( nm|13. 设 是从群 到群 的同态映射,对任意的 ,记 ,G, Ga)(ab试问 和 的次数是否一定相同?如果不同,它们之间有何关系?ba14. 给出群 的全部自同态。6,Z解:若 是一个自同态映射,则 ,有:f 6,Zyx(1))()()(6ffyxf(2)6应用离散数学 群环域(1) 令 ,则由(1)式可得: ,因为0yx )0()()0(6fff是群,所以消去律成立,所以
39、有 。6,Z(2) 令 ,记 则由 2 式得: ,)(fa2a即 为整数。,ka:即 ,再加上(1)式,推出: ;00)(f 5,431,0)(xf:即 ,再加上(1)式,推出: ;1 2:推出 与 是整数矛盾;23/k:即 ,再加上(1)式,推出: , 3a)(f )1(f 0)(f, , ;3)(f 0435:即 ,再加上(1)式,推出: , 44f f 2f, , ;0f )(f )(:推出 与 是整数矛盾;5a3/0k由上面的(1)和(2) ,我们得到如下 4 个自同态映射:6,0)(Zxf, , , , ,f 3)(f 0)2(f 3)(f 0)4(f3)5(, , , , ,0f
40、41ff 0ff24.7 环与域习题 4.71. 设 。证明 关于复数的加法和乘法构成环,称为高1|2iZbaiA, A斯整数环。2. 设 为实数,称 为实数域nnaxaxf , 21210)()(xf上的 次多项式,令n。)(| NfA,次 多 项 式为 实 数 域 上 的证明 关于多项式的加法和乘法构成环,称为实数域上的多项式环。3. 判断下列集合和给定运算是否构成环、整环和域,如果不能构成,请说明理由。(1) ,运算为复数的加法和乘法。1|2ibai, Q应用离散数学 群环域(2) ,运算为实数的加法和乘法。|1ZzA(3) ,运算为实数的加法和乘法。|(4) ,运算为实数的加法和乘法。
41、0|x(5) ,运算为实数的加法和乘法。|54QbaA,4. 设 是环,证明,R(1) 0,(2) )()(abbaa,(3) cabcc ,5. 设 是环,令,R)(|xRaxC称作环 的中心,证明 是 的子环。CR6. 设 和 是含么环中的两个逆元,证明:ab(1) 也是可逆元,且1)(a(2) 也是可逆元,且 1b7. 在域 中解下列方程和方程组:5,Z(1) 3x(2) 12yz8. 类似于子环,给出子整环和子域的定义。第四章上机练习(编写下列程序并计算至少一个算例)1. 给定有限集合上的一个二元运算(给定运算表) ,判断这个运算是否满足交换律、结合律、等幂律。2. 给定有限集合上的一
42、个二元运算,求出它的单位元和零元。应用离散数学 群环域3. 给定一个有限半群,判断它是否是有么半群,是否是群。4. 给定一个有限群,求每个元素的次数。5. 给定一个有限循环群,求出它的所有生成元以及生成元的个数。6. 给定一个有限循环群,求它的所有子群。7. 给定一个有限群以及这个有限群集合的一个子集,判断这个子集是否构成子群。8给定一个有限群和它的一个非平凡子群,求这个子群的所有左陪集,并判断这个子群是否是正规子群。9. 给定一个有限群和它的一个非平凡子群,求出这个有限群集合上的一个等价关系,使得这个等价关系的等价类就是这个子群相应的左陪集。10. 给出所有 5 阶置换。11. 给定两个有限群 和 以及从 到 的同态映射 ,G,H,G,H求同态像 和同态核 。)()ker(12. 给定一个有限环,判断它是否是交换环,是否是有么环,是否是无因子环,是否是整环。13. 给定一个有限整环,判断它是否是域。14. 给定一个有限整环,求它的所有子环。