数论与几何:从抽象代数到函数世界的探索
1. 抽象代数结构
在数学的抽象世界里,不同的数集有着独特的代数结构。我们从常见的数集开始探讨,比如整数集 (Z) 在加法运算下构成群。但对于集合 (W),它不包含像 (-2) 这样的加法逆元,所以不能构成群。而自然数集 (N) 甚至没有加法单位元 (0)。
这里引入了半群和独异点的概念:
- 半群 ((G,★)) 需要满足两个条件:
- 封闭性:若 (a) 和 (b) 属于 (G),则 (a★b) 也属于 (G)。
- 结合律:若 (a)、(b) 和 (c) 属于 (G),则 ((a★b) ★c = a★(b★c)) 也属于 (G)。
- 独异点是在半群的基础上,还存在一个唯一的单位元 (id),使得对于 (G) 中的任意元素 (a),都有 (a★id = id★a = a)。
根据这些定义,自然数集 (N) 是半群,而集合 (W) 是独异点。并且,所有的群都是独异点,所有的独异点都是半群。
2. 模运算
整数有无穷多个,那么是否存在有限的数集,其运算规则与整数类似呢?模运算就为我们提供了这样的例子。以模 (6) 的整数集 ({0, 1, 2, 3, 4, 5}) 为例,对于任意整数 (n),我们可以通过计算它除以 (6) 的余数,将其映射到这个集合中。在模运算中,我们用 “(\equiv)” 表示同余关系,例如 (7 \equiv 1 \pmod{6}),这意味着 (7 - 1) 能被 (6) 整除。
这六个元素在加法运算下构成一个以 (0) 为单位元的群,记为 (Z/6Z)。例如,在这个群中,(2) 是 (4) 的加法逆元。
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