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Una estructura de grupo conmutativo en $R\times R$ % anillo $R$

Deje $R$ ser un anillo conmutativo. El concepto Cartesiano de la plaza de $A=R\times R$ está dotado de la operación

$(a_1,b_1)\circ(a_2,b_2)=(a_1+a_2,b_1+b_2+a_1a_2^2+a_1^2a_2)$

que convierte a $A$ en un conmutativa grupo. Tengo dos preguntas con respecto a este grupo.

Pregunta 1: ¿Para qué $R$ $(A,\circ)$ isomorfo a $R\oplus R$?

Me las arreglé para demostrar que si $3$ es invertible en a $R$ entonces el isomorfismo sostiene. Esto también se aplica para R=F_9, pero no se cumple para $R=\mathbb{F}_3$, $\mathbb{F}_9$, o $\mathbb{F}_{27}$. Otros anillos de $R$ que $3$ no es invertible (incluyendo $R=\mathbb{Z}$) siguen siendo un misterio para mí.

Pregunta 2: Cuando es $(A,\circ)$ generado por los elementos de la forma $(a,0)$, $a\in R$?

De nuevo, sólo resultados parciales aquí. Deje $B$ ser el subgrupo de $A$ generado por $(a,0)$, $a\in R$. A continuación, $B$ contiene $(0,a_1a_2^2+a_1^2a_2)$ todos los $a_1,a_2\in R$. Por lo tanto, tenemos $B=A$ si $R$ es aditiva generado por los elementos de la forma $a_1a_2^2+a_1^2a_2$. Esto es así para $R=\mathbb{Z}/p\mathbb{Z}$ $p$ impar.

4voto

Lorin Hochstein Puntos 11816

Con $R=\mathbb{Z}$, se obtiene un isomorfismo. Tenga en cuenta que $(\mathbb{Z}\times\mathbb{Z},\circ)$ es torsionfree abelian: dado $(a,b)\in\mathbb{Z}\times\mathbb{Z}$ si $a\neq 0$, $n(a,b) = (na,x)$ algunos $x$, lo $n(a,b)=(0,0)$ requiere $n=0$. Si $a=0$,$n(0,b) = (0,nb)$, así que de nuevo $n(0,b)=0$ requiere $n=0$ o $b=0$. (Estoy usando $m(x,y)$ a la media de $(x,y)$ $\circ$-añadido a sí mismo $m$ veces si $m\gt 0$, y el $\circ$-inversa si $m\lt 0$, como es usual para un grupo abelian).

También, $(\mathbb{Z}\times\mathbb{Z},\circ)$ $2$generado: $(1,0)$ $(0,1)$ sin duda generar: para obtener una arbitraria $(a,b)$$(1,0)$$(0,1)$, solo tome $a(1,0)$, lo que le dará un elemento de la forma $(a,x)$ algunos $x$, y, a continuación, tome $(a,x)\circ(0,b-x)$.

Por lo $(\mathbb{Z}\times\mathbb{Z},\circ)$ es gratis abelian y $2$generados, por lo tanto, ya sea cíclico o isomorfo a $\mathbb{Z}\times\mathbb{Z}$. Moding a cabo por el infinito cíclico normal de los subgrupos $\{(0,b)\mid b\in\mathbb{Z}\}$ tenemos un grupo isomorfo a $\mathbb{Z}$, por lo que el grupo $(\mathbb{Z}\times\mathbb{Z},\circ)$ no puede ser infinito cíclico (porque el cociente de un infinito cíclico grupo por un subgrupo no trivial es finito). Por lo tanto, con $R=\mathbb{Z}$ obtiene un isomorfismo.

Más generalmente, si usted tiene un isomorfismo para $R$ y uno para $S$, entonces usted también consigue un isomorfismo para $R\oplus S$, ya que la adición será sólo "coordinar sabio", de modo que usted puede tomar el isomorfismo $f\colon (R\times R,\circ)\to R\oplus R$$g\colon (S\times S,\circ)\to S\oplus S$, y obtener un isomorfismo $f\times g\colon (R\oplus S\times R\oplus S,\circ)\to (R\oplus R)\times (S\oplus S)\cong (R\oplus S)\times (R\oplus S)$.

Esto le dará isomorphisms para todos los anillos de la forma $$\mathbb{Z}^t \times\frac{\mathbb{Z}}{p_1^{a_1}\mathbb{Z}}\times\cdots\times\frac{\mathbb{Z}}{p_r^{a_r}\mathbb{Z}}$$ donde $p_1,\ldots,p_r$ son primos diferentes de $3$, $a_i\gt 0$, $t,r\geq 0$, y la estructura de anillo es la más obvia.

Añadido. (Así que era tonto). Para los anillos de la característica $3$, se obtiene un isomorfismo si y sólo si $a^3=0$ todos los $a\in R$.

Para ver que esto es necesario, el aviso de que \begin{align*} 3(a,0) &= (a,0)\circ(a,0)\circ(a,0) = (2a,2a^3)\circ(a,0)\\ &= (3a,2x^3 + 4a^3+2a^3) = (0,8a^3) = (0,-a^3). \end{align*} Por lo tanto, $(R\times R,\circ)$ tiene características de las $3$ si y sólo si $a^3=0$ todos los $a$.

Para ver que la condición es suficiente, si $R$ es de carácter $3$ $a^3=0$ todos los $a\in R$, $(R\times R,\circ)$ es un abelian $3$-grupo, por lo tanto, un espacio vectorial sobre $\mathbb{F}_3$. Ya que tiene la misma cardinalidad como $R\oplus R$, que también es un espacio vectorial sobre $\mathbb{F}_3$, son isomorfos como $\mathbb{F}_3$-espacios vectoriales, y, por tanto, como abelian grupos.

2voto

Jonik Puntos 7937

Ok, así que inspirado por Arturo respuesta, aquí hay otra respuesta parcial que incluye los enteros de Gauss y el 3-ádico enteros:

Definir τ:R→R:n↦2*(n+1 elija 3) y el aviso de la igualdad formal

$$2\cdot\binom{n+m+1}{3} = 2\cdot\binom{n+1}{3}+2\cdot\binom{m+1}{3} + (mn^2+m^2n)$$

A continuación, defina [ a, b ] = ( a, b + τ(a) a ser un sistema de coordenadas diferente en (R⊕R,∘). Entonces [ a1, b1 ]∘[ a2, b2 ] = [ a1+a2, b1+b2 ] es claramente isomorfo a R⊕R.

Supongamos que R es un dominio en el campo de fracciones de K. Entonces τ:R→K:n↦2*(n+1 elija 3) definitivamente existe, así que uno sólo necesita un poco de condición para τ(R) ≤ R. yo pensaba que esto era, al menos, de ordenación de los comunes, pero no puedo pensar en ninguna ejemplos reales distintos de la a a la Z.

Ciertamente R=Z[x] no funciona para τ, a pesar de que ambos R⊕R y será libre de abelian de countably infinito rango.

Supongo que la única mejora es que no es necesario que cada elemento de R para ser divisible por 3, sólo los elementos de la forma xxx−x.

Creo que el anillo R=Z[i] trabaja para esto, ya que Z[i]/(3) ≅ Z/3Z × Z/3Z satisface xxx-x ≡ 0. Este anillo es menos interesante en algunos aspectos, ya que el aditivo grupo es libre de abelian.

Los anillos que son incluso más agradable, donde todos los coeficientes binomiales existe, se llama binomio anillos. Por ejemplo, el p-ádico enteros para cualquier primer p (donde p=3 es la más interesante para nosotros), también trabajo. El aditivo grupo de p-ádico enteros no es libre abelian, así que esto es una ganancia real.

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