抽象代数:群、环与域
环
环是一个能做加法、减法和乘法的集合——但不承诺能做除法。它抽象了整数的日常算术:两个整数可以相加、可以取相反数、可以相乘,但 2 除以 3 就跑出了整数之外。环恰好抓住了“两个相互作用的运算”,而不坚持要求每个非零元素都可逆。
形式地说,环是带两个运算(加法与乘法)的集合,其中加法使它成为阿贝尔群(有零元和相反数),乘法满足结合律,两者由分配律联系起来:a · (b + c) = a · b + a · c(另一侧也成立)。有些作者还要求有乘法单位元 1;约定不一,须查阅出处。
环中的乘法不必可交换——方阵环就是一个重要的非交换例子。当乘法确实可交换时,称该环为交换环,这便是通往那些特别良好之环的门户:整环(无零因子),以及位于顶端的域(每个非零元素皆可逆)。
整数 ℤ 构成一个交换环:加法给出阿贝尔群,乘法满足结合律与交换律且有单位元 1,分配律也成立,例如 3 · (4 + 5) = 3·4 + 3·5 = 27。但 ℤ 不是域,因为 2 没有整数乘法逆元。
ℤ 是交换环,但不是域。
仅凭公理就能推出两个事实:对每个元素 a 有 a · 0 = 0,以及 (-a) · b = -(a · b)。尽管“0”和相反数纯粹由加法结构定义,这两条仍成立——分配律迫使乘法必须尊重它们。
另见