Aljabar atas medan

ruang vektor yang dilengkapi dengan bilinear hasil kali

Dalam matematika, aljabar atas medan (disebut juga aljabar) adalah ruang vektor kelengkapan dengan bilinear hasil kali. Jadi, aljabar adalah struktur aljabar yang terdiri dari himpunan bersama dengan operasi perkalian dan penjumlahan dan perkalian skalar oleh elemen medan dan memenuhi aksioma yang diimplikasikan oleh "ruang vektor" dan "bilinear".[1]

Operasi perkalian dalam aljabar atau mungkin asosiatif, mengarah ke gagasan aljabar asosiatif dan aljabar takasosiatif. Diberikan sebuah bilangan bulat n, gelanggang dari matriks persegi rii tingkat n adalah contoh aljabar asosiatif pada medan bilangan riil bawah penambahan matriks dan perkalian matriks karena perkalian matriks bersifat asosiatif. Ruang Euklides tiga dimensi dengan perkalian yang diberikan oleh perkalian silang vektor adalah contoh aljabar takasosiatif pada medan bilangan riil karena perkalian vektor takasosiatif, memenuhi identitas Jacobi sebagai gantinya.

Sebuah aljabar dikatakan unital atau uniter jika memiliki elemen identitas sehubungan dengan perkalian. Gelanggang matriks kuadrat riil urutan n dalam bentuk aljabar unital karena matriks identitas tingkat n adalah elemen identitas yang berkaitan dengan perkalian matriks. Ini adalah contoh aljabar asosiatif unital, (gelanggang unital) yang juga merupakan ruang vektor.

Banyak penulis menggunakan istilah aljabar yang berarti aljabar asosiatif, atau aljabar asosiatif unital, atau dalam beberapa mata pelajaran seperti geometri aljabar, aljabar komutatif asosiatif unital.

Mengganti medan skalar dengan gelanggang komutatif mengarah ke gagasan yang lebih umum tentang aljabar atas gelanggang. Aljabar tidak disamakan dengan ruang vektor kelengkapan dengan bentuk bilinear, seperti darab dalam, karena, untuk ruang seperti itu, hasil darab bukan dalam ruang, melainkan di medan koefisien.

Definisi dan motivasi

sunting

Contoh motivasi

sunting
Aljabar Ruang vektor Operator bilinear Asosiatif Komutatif
bilangan kompleks   hasil kali bilangan kompleks
 
Iya Iya
darab silang dari vektor 3 dimensi   darab silang
 
Tidak Tidak (antikomutatif)
kuaternion   Darab Hamilton
 
Iya Tidak

Definisi

sunting

Misalkan   sebagai medan, dan misalkan   sebagai ruang vektor atas   dilengkapi dengan operasi biner tambahan dari   sebagai  , yang dilambangkan dengan   (yaitu jika   dan   adalah dua elemen  ,   adalah darab atau hasil kali dari   dan  ). Maka   adalah aljabar atas   jika identitas berikut berlaku untuk semua elemen  , dan semua elemen (disebut juga skalar)   dan dari :

  • Distributif kanan:  
  • Distributif kiri:  
  • Kompatibilitas dengan skalar:  .

Ketiga aksioma ini adalah cara lain untuk operasi biner adalah bilinear. Aljabar atas   terkadang disebut juga aljabar- , dan   disebut medan elementer dari  . Operasi biner disebut sebagai perkalian dalam  . Konvensi adopsi dalam artikel ini adalah bahwa perkalian elemen aljabar belum tentu asosiatif, meskipun beberapa penulis menggunakan istilah aljabar untuk merujuk pada aljabar asosiatif.

Ketika operasi biner pada ruang vektor komutatif, distribusi kiri dan distribusi kanan setara, dan, dalam hal ini, hanya satu distribusi yang memerlukan bukti. Secara umum, untuk operasi takkomutatif, distribusi kiri dan distribusi kanan taksetara, dan memerlukan bukti terpisah.

Konsep dasar

sunting

Homomorfisme aljabar

sunting

Diberikan aljabar-  atas   dan  , sebuah aljabar-K homomorfisme adalah peta linear-  pada   sehingga   untuk semua   di  . Ruang semua homomorfisme aljabar-  diantara   dan   ditulis sebagai

 .

Aljabar isomorfisme-  adalah bijektif homomorfisme aljabar- . Untuk semua tujuan praktis, aljabar isomorfik hanya berbeda dalam notasi.

Subaljabar dan ideal

sunting

Sebuah subaljabar dari sebuah aljabar atas medan K adalah subruang linear yang memiliki sifat bahwa produk dari dua elemen pada subruang. Dengan kata lain, subaljabar dari suatu aljabar adalah himpunan bagian tak kosong dari elemen yang tertutup dalam penjumlahan, perkalian, dan perkalian skalar. Dalam simbol, apabila himpunan bagian L dari aljabar-K pada A adalah subaljabar jika untuk setiap x, y di L dan c di K, maka memiliki x · y, x + y, dan cx semua di L.

Dalam contoh bilangan kompleks atas yang dilihat sebagai aljabar dua dimensi atas bilangan riil, garis riil satu dimensi adalah subaljabar.

Sebuah ideal kiri dari aljabar-K adalah subruang linear yang memiliki sifat bahwa setiap elemen dari subruang dikalikan sebelah kiri oleh setiap elemen aljabar menghasilkan elemen subruang. Dalam simbol, apabila himpunan bagian L dari aljabar K pada A adalah ideal kiri jika untuk setiap x dan y di L' ', z di A dan c di K, maka memiliki tiga pernyataan berikut.

  1. x + y di L (L penutupan bawah penambahan),
  2. cx di L (L penutupan bawah perkalian skalar),
  3. z · x di L (L penutupan bawah perkalian kiri dengan elemen arbitrer).

Jika (3) diganti dengan x · z di L, maka ini akan menentukan ideal kanan. Sebuah ideal dua sisi adalah himpunan bagian yang merupakan ideal kiri dan kanan. Istilah "ideal" itu sendiri biasanya diartikan sebagai ideal dua sisi. Tentu saja ketika aljabar komutatif, maka semua gagasan ideal ini adalah setara. Perhatikan bahwa kondisi (1) dan (2) bersama setara dengan L sebagai subruang linear dari A. Ini mengikuti dari kondisi (3) bahwa setiap ideal kiri atau kanan adalah subaljabar.

Penting untuk diperhatikan bahwa definisi ini berbeda dengan definisi ideal gelanggang, disini kita memerlukan kondisi (2). Tentu saja jika aljabar itu unital, maka kondisi (3) mengimplikasikan kondisi (2).

Ekstensi skalar

sunting

Apabila jika memiliki perluasan medan  , yaitu medan besar   digunakan  , maka apabila cara alami untuk aljabar atas   dari aljabar atas  . Ini adalah konstruksi yang sama yang digunakan untuk membuat ruang vektor atas medan besar, yaitu hasil kali tensor  . Apabila jika A adalah aljabar atas  , maka   adalah aljabar atas  .

Jenis aljabar dan contohnya

sunting

Aljabar atas medan datang dalam berbagai jenis. Tipe-tipe ini ditentukan dengan menekankan pada beberapa aksioma lebih lanjut, seperti komutatifitas atau asosiatif dari operasi perkalian, yang tidak diperlukan dalam definisi luas aljabar. Teori-teori yang sesuai dengan berbagai jenis aljabar sering kali sangat berbeda.

Aljabar unital

sunting

Suatu aljabar adalah satuan atau uniter jika memiliki satuan atau elemen identitas   dengan  untuk semua   dalam aljabar.

Aljabar nol

sunting

Sebuah aljabar disebut juga sebagai aljabar nol jika   untuk semua   dalam aljabar,[2] jangan bingung dengan aljabar dengan satu elemen. Ini secara inheren takunital (kecuali dalam kasus hanya satu elemen), asosiatif dan komutatif.

Apabila didefinisikan aljabar nol unital dengan mengambil jumlah modul langsung dari suatu medan (atau lebih umum gelanggang)   dan ruang vektor-  (atau modul)  , dan mendefinisikan produk dari setiap pasangan elemen   sebagai nol. Artinya, jika   dan  , maka  . Jika   adalah basis dari  , aljabar nol unital adalah hasil bagi dari gelanggang polinomial   oleh ideal yang dihasilkan oleh   untuk setiap pasangan  .

Contoh aljabar nol unital adalah aljabar bilangan ganda, aljabar nol unital-  yang dibangun dari ruang vektor riil satu dimensi.

Aljabar nol unital ini mungkin lebih berguna secara umum, karena memungkinkan untuk mentranslasikan sifat umum aljabar ke sifat ruang vektor atau modul. Sebagai contoh, teori basis Gröbner diperkenalkan oleh Bruno Buchberger untuk ideal dalam gelanggang polinomial   atas medan. Konstruksi aljabar nol satuan di atas modul   bebas memungkinkan perluasan teori ini sebagai teori dasar Gröbner untuk submodul modul bebas. Ekstensi ini memungkinkan, untuk menghitung basis Gröbner dari submodul, untuk menggunakan, tanpa ada modifikasi, algoritma, dan perangkat lunak untuk menghitung basis ideal Gröbner.

Aljabar asosiatif

sunting

Contoh aljabar asosiatif, sebagai berikut:

Aljabar takasosiatif

sunting

Sebuah aljabar takasosiatif[3] (atau aljabar distributif) pada medan   adalah ruang vektor-  dengan   dilengkapi dengan peta bilinear-  oleh  . Penggunaan "takasosiatif" ini dimaksudkan untuk menyampaikan bahwa asosiatif tidak diasumsikan, tetapi bukan berarti dilarang. Artinya, itu berarti "belum tentu asosiatif".

Contoh rinci dalam artikel utama, sebagai berikut:

Aljabar dan gelanggang

sunting

Definisi asosiatif aljabar-  dengan unital yang diberikan dengan cara alternatif. Dalam hal ini, aljabar atas medan   adalah gelanggang   bersama dengan homomorfisme gelanggang

 

dimana   adalah pusat dari  . Karena   adalah homomorfisme gelanggang, apabila jika memiliki salah satu dari   adalah gelanggang nol, atau bahwa   adalah injektif. Definisi ini dengan setara definisi diatas, dengan perkalian skalar

 

diberikan oleh

 .

Diberikan dua unital asosiatif seperti aljabar-  pada   dan  , sebuah homomorfisme aljabar-  dari   adalah homomorfisme gelanggang dengan perkalian skalar yang didefinisikan oleh  , apabila ditulis sebagai

 

untuk   dan  . Dengan kata lain, diagram berikut ini adalah:

 

Koefisien struktur

sunting

Untuk aljabar atas medan, perkalian bilinear dari   ke   adalah apabila perkalian basis oleh elemen  . Sebaliknya, setelah basis untuk   dipilih dari semua produk elemen basis dapat secara sembarang, dan kemudian diperluas dengan unik ke operator bilinear pada  , yaitu, perkalian yang memenuhi hasil hukum aljabar.

Jadi, dalam medan  , setiap aljabar dimensi-hingga apabila ditentukan hingga isomorfisme dengan memberikan dimensi (maka  ), dan menentukan   koefisien struktur  , yang merupakan skalar. Koefisien struktur ini menentukan perkalian dalam   melalui kaidah berikut:

 

dimana   sebagai bentuk dasar dari  .

Namun perlu diperhatikan bahwa beberapa himpunan koefisien struktur berbeda yang ditimbulkan aljabar isomorfik.

Dalam fisika matematika, koefisien struktur umumnya ditulis dengan indeks atas dan bawah, untuk membedakan sifat transformasi bawah transformasi koordinat. Secara khusus, indeks yang lebih rendah adalah indeks kovarian, dan diubah melalui menarik kembali, sedangkan indeks atas adalah kontravarian, yang berubah bawah dorong depan. Jadi, koefisien struktur ditulis juga sebagai  , dan kaidah pendefinisiannya ditulis menggunakan notasi Einstein sebagai

 .

Jika Anda menerapkan ini pada vektor yang ditulis dalam notasi indeks, maka akan menjadi

 .

Jika K hanyalah gelanggang komutatif dan bukan medan, maka proses yang sama akan bekerja jika   adalah modul bebas atas  . Jika bukan, maka perkalian masih sepenuhnya ditentukan oleh tindakan pada himpunan yang mencakup  ; Namun, konstanta struktur tidak dapat ditentukan secara sembarang dalam kasus ini, dan hanya mengetahui konstanta struktur yang bukan menentukan aljabar hingga isomorfisme.

Klasifikasi aljabar asosiatif unital berdimensi rendah atas bilangan kompleks

sunting

Aljabar asosiatif unital dua dimensi, tiga dimensi dan empat dimensi atas medan bilangan kompleks sepenuhnya diklasifikasikan hingga isomorfisme oleh Eduard Study.[4]

Ada dua aljabar dua dimensi. Setiap aljabar terdiri dari kombinasi linear (dengan koefisien kompleks) dari dua elemen basis, 1 (elemen identitas) dan  . Menurut definisi elemen identitas,

 

Maka dari itu, tetap untuk menentukan

    untuk aljabar pertama,
    untuk aljabar kedua.

Ada lima aljabar tiga dimensi. Setiap aljabar terdiri dari kombinasi linear dari tiga elemen basis, 1 (elemen identitas),   dan  . Dengan mempertimbangkan definisi elemen identitas, tentu itu sudah cukup untuk menentukan

    untuk aljabar pertama,
    untuk aljabar kedua,
    untuk aljabar ketiga,
    untuk aljabar keempat,
    untuk aljabar kelima.

Aljabar keempat adalah takkomutatif, dan yang lainnya adalah komutatif.

Generalisasi

sunting

Dalam beberapa bidang matematika, seperti aljabar komutatif, adalah umum untuk mempertimbangkan konsep yang lebih umum dari aljabar atas gelanggang, dimana gelanggang unital komutatif-  menggantikan medan- . Satu-satunya bagian dari definisi yang berubah adalah bahwa A diasumsikan sebagai modul-  (bukan ruang vektor atas  ).

Aljabar asosiatif di atas gelanggang

sunting

Sebuah gelanggang A merupakan aljabar asosiatif atas pusat, dan atas bilangan bulat. Contoh klasik dari aljabar atas pusatn, adalah membagi-bikuaternion aljabar, yang isomorfik untuk  , produk langsung dari dua aljabar kuaternion. Pusat gelanggang ini adalah  , dan karena memiliki struktur aljabar atas pusat, yang bukan medan. Perhatikan bahwa aljabar biquaternion split juga secara alami merupakan aljabar- .

Dalam aljabar komutatif, jika A adalah gelanggang komutatif, maka setiap homomorfisme gelanggang unital   didefinisikan struktur modul   pada  , dan inilah yang dikenal sebagai struktur aljabar  .[5] Jadi sebuah gelanggang dengan struktur modul   alami, karena homomorfisme tunggal  .[6] Di sisi lain, tidak semua gelanggang diberikan struktur aljabar atas medan (misalnya bilangan bulat). Lihat Medan dengan satu elemen untuk deskripsi upaya untuk memberikan setiap gelanggang struktur yang dijelaskan seperti aljabar atas medan.

Lihat pula

sunting

Catatan

sunting
  1. ^ Lihat pula Hazewinkel, Gubareni & Kirichenko 2004, hlm. 3 Proposi 1.1.1
  2. ^ Prolla, João B. (2011) [1977]. "Lemma 4.10". Approximation of Vector Valued Functions. Elsevier. hlm. 65. ISBN 978-0-08-087136-3. 
  3. ^ Schafer, Richard D. (1996). An Introduction to Nonassociative Algebras. ISBN 0-486-68813-5. 
  4. ^ Study, E. (1890), "Über Systeme complexer Zahlen und ihre Anwendungen in der Theorie der Transformationsgruppen", Monatshefte für Mathematik, 1 (1): 283–354, doi:10.1007/BF01692479 
  5. ^ Matsumura, H. (1989). Commutative Ring Theory. Cambridge Studies in Advanced Mathematics. 8. Diterjemahkan oleh Reid, M. (edisi ke-2nd). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-36764-6. 
  6. ^ Kunz, Ernst (1985). Introduction to Commutative algebra and algebraic geometry. Birkhauser. ISBN 0-8176-3065-1. 

Referensi

sunting