Gruppendefinition (Gleichung): Unterschied zwischen den Versionen

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Beweis von Satz 7: kleine Ergänzung bzgl. x=y=a^{-1}
 
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In jeder Gruppe <math>[G, \odot]</math> gilt: Jedes Gruppenelement <math>g \in G</math> hat genau ein inverses Element.
In jeder Gruppe <math>[G, \odot]</math> gilt: Jedes Gruppenelement <math>g \in G</math> hat genau ein inverses Element.
==Beweis von Satz 4==
==Beweis von Satz 4==
Es sei <math>g \in G</math> eine Gruppe mit dem Einslement <math>e</math>. Nach der Definition des Begriffs Gruppe hat <math>g</math> in <math>G</math> ein Inverses <math>g_1^{-1}</math> bezüglich <math>\odot</math>. Wir nehmen an, <math>g</math> hat in <math>G</math> ein weiteres Inverses <math>g_2^{-1}</math>, das natürlich von <math>g_1^{-1}</math> verschieden ist. Nach Satz 1 wissen wir, dass <math>g_1{-1}</math> und <math>g_2^{-1}</math> von links und von rechts invers zu <math>g</math> bzgl. <math>\odot</math> sind. Die triviale Gleichung <math>(I) e=e</math> "pumpen" wir zu <math>(II) g \odot g_1^{-1} = g \odot g_2{-1}</math> auf. (II) multiplizieren wir auf beiden Seiten von links mit <math>g_1^{-1}</math> und erhalten <math>g_1^{-1} \odot g \odot g_1^{-1}= g_1^{-1} \odot g \odot g_2{-1}</math>. (III) verkürzt sich zu <math>g_1^{-1}=g_2{-1}</math>, was ein Widerspruch zu unserer Annahme <math>g_1^{-1} \neq g_2^{-1}</math> ist.
Es sei <math>g \in G</math> eine Gruppe mit dem Einslement <math>e</math>. Nach der Definition des Begriffs Gruppe hat <math>g</math> in <math>G</math> ein Inverses <math>g_1^{-1}</math> bezüglich <math>\odot</math>. Wir nehmen an, <math>g</math> hat in <math>G</math> ein weiteres Inverses <math>g_2^{-1}</math>, das natürlich von <math>g_1^{-1}</math> verschieden ist. Nach Satz 1 wissen wir, dass <math>g_1^{-1}</math> und <math>g_2^{-1}</math> von links und von rechts invers zu <math>g</math> bzgl. <math>\odot</math> sind. <br />
 
Die triviale Gleichung <math>(I) e=e</math> "pumpen" wir zu <math>(II) g \odot g_1^{-1} = g \odot g_2^{-1}</math> auf. <br />
 
<math>(II)</math> multiplizieren wir auf beiden Seiten von links mit <math>g_1^{-1}</math> und erhalten <math>(III) g_1^{-1} \odot g \odot g_1^{-1}= g_1^{-1} \odot g \odot g_2^{-1}</math>.<br />
 
<math>(III)</math> verkürzt sich zu <math>g_1^{-1}=g_2^{-1}</math>, was ein Widerspruch zu unserer Annahme <math>g_1^{-1} \neq g_2^{-1}</math> ist.
 
=Kürzbarkeit=
==Satz 5==
Es sei <math>[G, \odot]</math> eine Gruppe. Für alle Elemente <math>a, b, c \in G</math> gilt: <br />
# <math>a\odot b = a \odot c \Rightarrow b=c</math>
# <math>b \odot a= c \odot a \Rightarrow b=c</math>
==Beweis von Satz 5==
Jeweils von rechts bzw. links beide Seiten der Gleichung mit <math>a^{-1}</math> multiplizieren.
=Lösbarkeit der Gleichungen=
==Satz 6==
In jeder Gruppe <math>[G, \odot]</math> sind die Gleichungen
# <math>a \odot x= b</math> und
# <math>y \odot a = b</math>
jeweils eindeutig lösbar.
==Beweis von Satz 6==
Wir führen den Beweis nur für die Gleichung <math>a \odot x= b</math>, für die Gleichung <math>y \odot a = b</math> wird der Beweis analog geführt.<br />
===Existenzbeweis===
Zuerst formen wir <math>a\odot x=b</math> um:
 
<math>a\odot x=b</math> <math>|\odot a^{-1}</math>
 
<math>a^{-1}\odot a \odot x = a^{-1} \odot b</math>
 
<math>e\odot x = a^{-1} \odot b</math>
 
<math>x = a^{-1} \odot b</math>
 
 
 
<math>x=a^{-1}\odot b</math> setzen wir nun in <math>a\odot x=b</math> ein und formen um: <math>a \odot (a^{-1}\odot b) = (a \odot a^{-1}) \odot b = e \odot b = b</math>.
 
===Eindeutigkeitsbeweis===
Es seien <math>x_1</math> und <math>x_2</math> Lösungen der Gleichung <math>a \odot x= b</math>. Damit folgt <math>a \odot x_1 = a \odot x_2</math>. Nach Satz 5 gilt <math>x_1=x_2</math>
=Ein Monoid in dem die Gleichungen lösbar sind, ist eine Gruppe=
==Satz 7==
Es sei <math>[M, \odot]</math> ein Monoid. <math>e</math> sei das Einslement dieses Monoids. Wenn die Gleichungen
# <math>a \odot x = b</math> und
# <math>y \odot a = b</math>
in <math>[M, \odot ]</math>lösbar sind, dann ist das Monoid sogar eine Gruppe.
==Beweis von Satz 7==
Wir haben zu zeigen, dass zu jedem Element <math>a \in M</math> ein Inverses in <math>M</math> existiert. Wegen der Lösbarkeit der Gleichungen 1 und 2 sind auch die Gleichungen <br />
* <math>a \odot x = e</math> und
* <math>y \odot a = e</math>
lösbar.
 
Daraus folgt, dass <math>x,y</math> Inverse von <math>a</math> sind, also <math>x=y=a^{-1}</math> (nach Satz 4).
 
=Weitere Möglichkeit der Gruppendefinition=
Die Sätze  6 und 7 erlauben, eine Gruppe als ein Monoid zu definieren, in dem die Gleichungen
# <math>a \odot x = b</math> und
# <math>y \odot a = b</math>
lösbar sind.
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[[Kategorie:Algebra]]
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Aktuelle Version vom 13. Juli 2018, 13:56 Uhr

Eindeutigkeit des Einslementes

Satz 3

Jede Gruppe hat genau ein Einslement.

Beweis von Satz 3

Es sei [G,] eine Gruppe. Nach der Definition des Begriffs Gruppe hat [G,] eine Einslement e1. Es bleibt zu zeigen, dass [G,] kein weiteres Einslement e2 hat. Wir nehmen an es gibt e2 mit e2e1. Nach Satz 2 sind e1 und e2 von links und von rechts Einselemente. Wir gehen aus von der Gleichung e1e2=e1e2. Aus dieser Gleichung folgt wegen der Einslement eigenschaft beider Elemente e1 und e2 (und das sowohl von rechts, wie auch von links) e1=e2.

Eindeutigkeit der inversen Elemente

Satz 4

In jeder Gruppe [G,] gilt: Jedes Gruppenelement gG hat genau ein inverses Element.

Beweis von Satz 4

Es sei gG eine Gruppe mit dem Einslement e. Nach der Definition des Begriffs Gruppe hat g in G ein Inverses g11 bezüglich . Wir nehmen an, g hat in G ein weiteres Inverses g21, das natürlich von g11 verschieden ist. Nach Satz 1 wissen wir, dass g11 und g21 von links und von rechts invers zu g bzgl. sind.

Die triviale Gleichung (I)e=e "pumpen" wir zu (II)gg11=gg21 auf.

(II) multiplizieren wir auf beiden Seiten von links mit g11 und erhalten (III)g11gg11=g11gg21.

(III) verkürzt sich zu g11=g21, was ein Widerspruch zu unserer Annahme g11g21 ist.

Kürzbarkeit

Satz 5

Es sei [G,] eine Gruppe. Für alle Elemente a,b,cG gilt:

  1. ab=acb=c
  2. ba=cab=c

Beweis von Satz 5

Jeweils von rechts bzw. links beide Seiten der Gleichung mit a1 multiplizieren.

Lösbarkeit der Gleichungen

Satz 6

In jeder Gruppe [G,] sind die Gleichungen

  1. ax=b und
  2. ya=b

jeweils eindeutig lösbar.

Beweis von Satz 6

Wir führen den Beweis nur für die Gleichung ax=b, für die Gleichung ya=b wird der Beweis analog geführt.

Existenzbeweis

Zuerst formen wir ax=b um:

ax=b |a1

a1ax=a1b

ex=a1b

x=a1b


x=a1b setzen wir nun in ax=b ein und formen um: a(a1b)=(aa1)b=eb=b.

Eindeutigkeitsbeweis

Es seien x1 und x2 Lösungen der Gleichung ax=b. Damit folgt ax1=ax2. Nach Satz 5 gilt x1=x2

Ein Monoid in dem die Gleichungen lösbar sind, ist eine Gruppe

Satz 7

Es sei [M,] ein Monoid. e sei das Einslement dieses Monoids. Wenn die Gleichungen

  1. ax=b und
  2. ya=b

in [M,]lösbar sind, dann ist das Monoid sogar eine Gruppe.

Beweis von Satz 7

Wir haben zu zeigen, dass zu jedem Element aM ein Inverses in M existiert. Wegen der Lösbarkeit der Gleichungen 1 und 2 sind auch die Gleichungen

  • ax=e und
  • ya=e

lösbar.

Daraus folgt, dass x,y Inverse von a sind, also x=y=a1 (nach Satz 4).

Weitere Möglichkeit der Gruppendefinition

Die Sätze 6 und 7 erlauben, eine Gruppe als ein Monoid zu definieren, in dem die Gleichungen

  1. ax=b und
  2. ya=b

lösbar sind.