代数系统需要满足以下基本性质,这些性质共同定义了其结构和行为:
一、封闭性
对于代数系统中的二元运算$\ast$,若对于任意元素$a, b \in S$,都有$a \ast b \in S$,则称该系统满足 封闭性。这是代数系统最基本的要求,确保运算结果仍在系统内部。
二、结合律
若对于任意元素$a, b, c \in S$,都有$(a \ast b) \ast c = a \ast (b \ast c)$,则称运算$\ast$满足 结合律。结合律保证了运算顺序不影响最终结果。
三、幺元(单位元)
若存在元素$e \in S$,使得对于任意$a \in S$,都有$a \ast e = e \ast a = a$,则称$e$为系统的 幺元(或单位元)。
四、逆元
若对于任意元素$a \in S$,都存在元素$b \in S$,使得$a \ast b = b \ast a = e$,则称$b$为$a$的 逆元。注意,群(一种特殊代数系统)要求每个元素都有逆元,且逆元唯一。
五、消去律
若$a \ast b = a \ast c$,则$b = c$(左消去律);若$a \ast b = b \ast c$,则$a = c$(右消去律)。消去律由幺元和逆元的存在推导得出。
六、无零元
若存在元素$0 \in S$,使得对于任意$a \in S$,都有$a \ast 0 = 0 \ast a = 0$,则称$0$为 零元。但群中 不存在零元,因为零元会导致逆元不存在。
补充说明
运算的实现:代数系统中的运算可以是二元运算(如加法、乘法)或多元运算(如矩阵乘法)。
特殊代数系统:在某些情况下,可能不要求运算满足交换律(如非交换群)或存在幺元(如独异点)。
以上性质共同刻画了代数系统的核心特征,不同代数结构(如群、环、域)在这些性质上可能存在差异。