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代数的構造とは何かmd 2f9ccba
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代数的構造だいすうてきこうぞうalgebraic structureとはなに

date2026-06-06document_iddoc_7febbec7421ca44296b59c35198d6eabdescription抽象代数で最初に見るべき代数的構造を、対象・演算・公理・保存される情報の観点から説明する。prerequisites[集合/しゅうごう]の[基本/きほん] / [写像/しゃぞう]の[基本/きほん]type講義content_typelecturestatusactiverelateddata/lecture/math/abstract-algebra/abstract-algebra-portal.lecture.n.md / data/lecture/math/discrete-math/set-basics.lecture.n.md / data/lecture/math/discrete-math/map-basics.lecture.n.md / data/exercise/math/abstract-algebra/algebraic-structures-and-binary-operations.exercise.n.md
mathabstract-algebraundergraduatelecture

抽象代数ちゅうしょうだいすう最初さいしょ固定こていしたい見方みかたは、対象たいしょうを「集合しゅうごうset演算えんざんoperationくみ」としてることである。かず集合しゅうごうsetだけをても、まだ代数だいすうはじまらない。その集合しゅうごうsetなかで、どの演算えんざんoperationおこない、その演算えんざんoperationがどの法則ほうそくたすかを指定していしてはじめて、代数的構造だいすうてきこうぞうalgebraic structureになる。

たとえば整数全体せいすうぜんたい Z は、ざん一緒いっしょるとぐんgroupになる。しかしざん一緒いっしょると、たとえば 2b=1たす候補こうほb=1/2 だが整数せいすうではないので、ぐんgroupにはならない。おな集合しゅうごうsetでも、演算えんざんoperationえると構造こうぞうわる。

ここでのぐんgroup逆元ぎゃくげんinverse elementは、あとで正式せいしき定義ていぎする用語ようごである。この段階だんかいでは、「集合しゅうごうだけでなく演算えんざん指定していしないと構造こうぞうまらない」というてんだけを使つかう。

1定義ていぎかたち

代数的構造だいすうてきこうぞうalgebraic structureは、典型的てんけいてきには

(S,[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"ast\")")])

または

(S,+,·)

かたちく。ここで S集合しゅうごうsetであり、[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"ast\")")]+·演算えんざんoperationである。

この表記ひょうきは、「げんelementなにか」と「げんelementどうしをどう操作そうさするか」をけている。集合しゅうごうsetだけでは要素ようそ一覧いちらんであり、演算えんざんoperationだけではどこで計算けいさんするかがからない。両方りょうほう指定していしてはじめて、計算けいさん世界せかいさだまる。

2何故なぜ公理こうり定義ていぎするのか

公理こうりは、具体例ぐたいれい細部さいぶわすれ、議論ぎろん必要ひつよう性質せいしつだけをのこすための条件じょうけんである。

整数せいすうざん平面へいめん回転かいてん正方形せいほうけい対称性たいしょうせいがまったくちがう。しかし、どれも「合成ごうせいできる」「なにもしない操作そうさがある」「げんelementもど操作そうさがある」という共通点きょうつうてんつ。この共通点きょうつうてんだけをすと、ぐんgroup公理こうりになる。

data/lecture/math/abstract-algebra/group-basics.lecture.n.md

3なにわり、なに保存ほぞんされるか

抽象化ちゅうしょうかでは、具体的ぐたいてき表示ひょうじわる。整数せいすう行列ぎょうれつ置換ちかん剰余類じょうよるいことなる。一方いっぽうで、演算えんざんoperationたす法則ほうそく保存ほぞんしてる。

たとえば、同型どうけいふたつのぐんgroupは、げんelement名前なまえちがっても、演算表えんざんひょう構造こうぞうおなじである。つまり、どのげんelementわせるとどのげんelementになるかという情報じょうほう保存ほぞんされる。同型どうけいあと準同型じゅんどうけい一緒いっしょ定義ていぎするので、ここでは「名前なまえわっても演算えんざん対応たいおうのこる」という見通みとおしとしてめばよい。

data/lecture/math/abstract-algebra/group-homomorphisms-and-isomorphisms.lecture.n.md

4具体例ぐたいれいおな集合しゅうごうsetでも構造こうぞうわる

集合しゅうごうset Zかんがえる。

(Z,+)

ぐんgroupである。0 が単位元たんいげんidentity elementであり、整数せいすう a逆元ぎゃくげんinverse element-a である。

しかし

(Z,·)

ぐんgroupではない。たとえば 2 の乗法逆元じょうほうぎゃくげん整数せいすうなか存在そんざいしない。もし 2b=1 となる整数せいすう b があれば、左辺さへん偶数ぐうすうなので 1 にはならない。

ここで大切たいせつなのは、集合しゅうごうsetだけをて「ぐんgroupかどうか」をえないてんである。かなら演算えんざんoperationくみにして判断はんだんする。

5他分野たぶんやとの接続せつぞく

抽象代数ちゅうしょうだいすう線型代数せんけいだいすうにもあらわれる。たとえば可逆行列かぎゃくぎょうれつ全体ぜんたいは、行列積ぎょうれつせきによってぐんgroupをなす。

data/lecture/math/linear-algebra/inverse-matrix-basics.lecture.n.md

このせつ接続せつぞく見通みとおしであり、行列ぎょうれつ知識ちしき以後いご定義ていぎ証明しょうめい前提ぜんていにはしない。

整数せいすうろんでは、剰余類じょうよるいざんざん抽象代数ちゅうしょうだいすう基本きほんれいになる。

data/lecture/math/number-theory/number-theory-portal.lecture.n.md

6演習えんしゅうリンク

data/exercise/math/abstract-algebra/algebraic-structures-and-binary-operations.exercise.n.md

この講義こうぎあとは、二項演算にこうえんざん閉包性へいほうせい半群はんぐん・モノイド・ぐんじゅんすすむ。

data/lecture/math/abstract-algebra/binary-operations-and-closure.lecture.n.md data/lecture/math/abstract-algebra/semigroups-monoids-and-groups.lecture.n.md

7まとめ

代数的構造だいすうてきこうぞうalgebraic structureとは、集合しゅうごうset演算えんざんoperationくみにして、公理こうり必要ひつよう性質せいしつ指定していしたものである。おな集合しゅうごうsetでも演算えんざんoperationわれば構造こうぞうわる。抽象代数ちゅうしょうだいすうでは、ではなく、演算えんざんoperation保存ほぞんされる構造こうぞうる。

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