抽象代數:群、環與域

逆元

逆元是另一個元素的「撤銷鍵」:把兩者結合,你恰好落在單位元上,彷彿什麼都沒發生過。如果一個動作把正方形順時針旋轉 90 度,它的逆元就把它逆時針旋轉 90 度。逆元的全部意義就在於抵消掉,回到起點。

形式地說,在以 e 為單位元的群中,元素 a 的逆元是滿足 a * b = b * a = e 的元素 b。第四條群公理保證每個元素都有逆元。藉助結合律,逆元唯一,因此我們可以放心地把它寫成 a⁻¹(當運算用加法書寫時則寫成 -a)。

逆元正是讓群關乎可逆過程的東西——每個動作都能被撤銷。要小心:逆元取決於運算。在加法下,5 的逆元是 -5;在乘法下,5 的逆元是 1/5。而數 0 有加法逆元,卻沒有乘法逆元,這正是你不能除以零的原因。

在模 7 乘法中,3 的逆元是 5,因為 3 · 5 = 15 = 14 + 1 ≡ 1 (mod 7)。所以在這個群裡,5「撤銷」了乘以 3 的運算。

在 (ℤ/7ℤ)* 中 3⁻¹ = 5。

關於乘積有一個好用的恆等式:(a * b)⁻¹ = b⁻¹ * a⁻¹,順序要顛倒過來——就像脫鞋襪的順序與穿的順序相反。在非阿貝爾群中順序是要緊的,所以別習慣性地寫成 a⁻¹ * b⁻¹。