Gruppendefinition (Gleichung)

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Version vom 13. Juli 2018, 13:56 Uhr von AndyWeber (Diskussion | Beiträge) (Beweis von Satz 7: kleine Ergänzung bzgl. x=y=a^{-1})
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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.