TU Wien:Algebra und Diskrete Mathematik VU (diverse)/Übungen 2025W/Beispiel 434

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Sei <R,+,⋅> ein Ring, in dem a2=a für alle a∈R gilt. Man zeige, dass dann auch a+a=0 für alle a∈R gilt. (Hinweis: Man betrachte (a+a)2)

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Strikt dem Hinweis folgen. Zuerst wird (a+a)2 mithilfe des Distributivgesetzes aufgelöst:

(a+a)2=(a+a)⋅(a+a)=a⋅(a+a)+a⋅(a+a)=a2+a2+a2+a2

Man braucht hier zwei Schritte mit dem Distributivgesetz, weil wir keine Gesetze haben, die uns direkt (a+a)⋅(a+a) auflösen lassen.

⇒(a+a)2=a2+a2+a2+a2

Da jedes beliebige a2=a ist, können wir links und rechts die Quadrate entfernen:

a+a=a+a+a+a

Jetzt addieren wir zweimal das additive Inverse von a (sprich: (-a)):

0=a+a

Voilà!

Anmerkung:

0=a+a

−a=a

--> Das einzige Element das sich selbst als additives Inverses Element besitzt ist das neutrale Element bezüglich der Addition (0).

Kürzere Lösung

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Dies ist nur eine schnellere und aus meiner Sicht einfachere Lösung aus dem Vorgehen in "Lösung".

Kurze Schreibweise:

a2=a⇒0=a+a

a+a=2a=4a

⇔0=2a⇔0=a+a

◻

Die Angabe kann man wie folgt interpretieren:

a2=a⇒0=a+a


Wir schreiben nun einfach um:

a+a=2a=(2a)2=4a2=4a

daraus folgt: 2a=4a


Nun addieren 2⋅(−a) auf beiden Seiten (wir ziehen 2a ab):

0=2a


Wir haben im vorherigen Schritt bereits beschrieben, dass a+a=2a daraus Folgt 0=a+a was zu zeigen war

Eine algebraische Struktur ⟨R,+,∘⟩ mit zwei binären Operationen heißt Ring, wenn die folgenden drei Eigenschaften erfüllt sind:

  1. ⟨R,+⟩ ist eine kommutative Gruppe (mit neutralem Element 0),
  2. ⟨R,∘⟩ ist eine Halbgruppe, und
  3. es gelten die Distributivgesetze:
a∘(b+c)=a∘b+a∘c(a+b)∘c=a∘c+b∘c}∀a,b,c∈R.

Besitzt R bezüglich ∘ ein neutrales Element, so nennt man R Ring mit Einselement, und ist R bezüglich ∘ kommutativ, so nennt man R kommutativen Ring.

Eine Gruppe ist ein geordnetes Paar ⟨G,+⟩ bestehend aus einer Menge G und einer inneren zweistelligen Verknüpfung

+:G×G→G,(a,b)↦a+b∈G,
a,b∈G⟹𝐚+𝐛∈𝐆

und, die die drei geforderten Gruppenaxiome erfüllt:

  1. Assoziativität
    • ∀a,b,c∈G gilt:(a+b)+c=a+(b+c)
  2. Existenz eines neutralen Elementes
    • Es gibt ein neutrales Element e∈G mit ∀a∈G gilt:a+e=e+a=a (falls dieses existiert, ist dieses eindeutig).
  3. Für alle Gruppenelemente a existiert ein inverses Element
    • ∀a∈G gilt:∃−a∈G mit:a+(−a)=(−a)+a=e.

Sei ⟨R,+,∘⟩ ein Ring, dann existiert in der Gruppe ⟨R,+⟩ bezüglich + für jedes a∈R das Inverse Element (−a).

Wir wissen, dass alle Elemente a∈R bezüglich ∘ idempotent sind, also es gilt:a2=a∘a=a. Sei a∈R, dann gilt wegen der Idempotenz bezüglich ∘

(a+a)2=(a+a)

Wir können (a+a)^2 aber auch ausrechnen und erhalten:

   (a+a)2=(a+a)∘(a+a)=a2+a2+a2+a2=a+a+a+aausgerechnet und vier Mal die Idempotenz für a2=a angewendet.

Also zusammen gilt aus der ersten und der zweiten Gleichung

a+a=a+a+a+a

Zu jedem a gibt es bezüglich + das inverse Element (−a), welches wir in der Gleichung zweimal dazu addieren.

a+a=a+a+a+a|+(−a)⟹a+(a−a)=a+a+a+(a−a)⟹a+0=a+a+a+0⟹⟹a=a+a+a|+(−a)⟹(a−a)=a+a+(a−a)⟹0=a+a+0⟹0=a+a.

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