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什么代数系统是群

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一个代数系统要构成群,需要满足以下四个基本条件:

封闭性

对于代数系统中的任意元素 $a$ 和 $b$,运算 $*$ 的结果 $a * b$ 也必须属于该集合。例如,在整数集 $\mathbb{Z}$ 上的加法运算满足封闭性,因为任意两个整数的和仍为整数。

结合律

运算 $*$ 必须满足结合律,即对于任意元素 $a, b, c$,都有 $(a * b) * c = a * (b * c)$。例如,实数集 $\mathbb{R}$ 上的乘法运算满足结合律。

单位元(幺元)

存在一个元素 $e$,使得对于任意元素 $a$,都有 $a * e = e * a = a$。例如,在整数集 $\mathbb{Z}$ 上,加法的单位元是 $0$;在实数集 $\mathbb{R}$ 上,乘法的单位元是 $1$。

逆元

对于任意元素 $a$,必须存在一个元素 $b$,使得 $a * b = b * a = e$,其中 $e$ 是单位元。例如,在整数集 $\mathbb{Z}$ 中,$3$ 的逆元是 $-3$,因为 $3 * (-3) = (-3) * 3 = 0$。

补充说明

有限性与无限性:

群可以是有限的(如 $\mathbb{Z}_5$)或无限的(如 $\mathbb{R}$)。- 特殊类型

若交换律成立,则称为 交换群(或阿贝尔群);

若运算满足结合律但不一定交换,则称为 半群

常见群示例

整数加法群$(\mathbb{Z}, +)$:满足所有群的条件,是无限交换群;

模运算群:如 $(\mathbb{Z}_{11}, \cdot)$(模11乘法),其中非零元素构成群。

若一个代数系统不满足上述任一条件,则无法构成群。例如,整数集 $\mathbb{Z}$ 在乘法运算下不满足逆元条件,因此 $(\mathbb{Z}, \cdot)$ 不是群。