抽象代數:群、環與域
環
環是一個能做加法、減法和乘法的集合——但不承諾能做除法。它抽象了整數的日常算術:兩個整數可以相加、可以取相反數、可以相乘,但 2 除以 3 就跑出了整數之外。環恰好抓住了「兩個相互作用的運算」,而不堅持要求每個非零元素都可逆。
形式地說,環是帶兩個運算(加法與乘法)的集合,其中加法使它成為阿貝爾群(有零元和相反數),乘法滿足結合律,兩者由分配律聯繫起來:a · (b + c) = a · b + a · c(另一側也成立)。有些作者還要求有乘法單位元 1;約定不一,須查閱出處。
環中的乘法不必可交換——方陣環就是一個重要的非交換例子。當乘法確實可交換時,稱該環為交換環,這便是通往那些特別良好之環的門戶:整環(無零因子),以及位於頂端的域(每個非零元素皆可逆)。
整數 ℤ 構成一個交換環:加法給出阿貝爾群,乘法滿足結合律與交換律且有單位元 1,分配律也成立,例如 3 · (4 + 5) = 3·4 + 3·5 = 27。但 ℤ 不是域,因為 2 沒有整數乘法逆元。
ℤ 是交換環,但不是域。
僅憑公理就能推出兩個事實:對每個元素 a 有 a · 0 = 0,以及 (-a) · b = -(a · b)。儘管「0」和相反數純粹由加法結構定義,這兩條仍成立——分配律迫使乘法必須尊重它們。
另見