乘法半群为逆半群的半环
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摘要
半环的代数理论,是重要的代数学分支。
对半环理论的研究,具有十分重要的理论
和应用价值.
本文研究了加法半群是半格、乘法半群是逆半群的半环类。
讨论了该类半环的性
质、结构以及该类半环的子类.第一章介绍了半环的相关知识和下文要用的记号.第二
章讨论了逆半环,给出了逆半环所满足的充分必要条件和相关命题,得到了逆半环成为
单演双半格的充要条件.第三章研究了Clifford半环.证明了完全正则半环是Clifford半环,得到了0一群半环是仅有的次直积不可约的Clifford半环,利用McalisterCone
理论,构造了半环上的偏序关系,得到了一些有趣结果.第四章研究了加法半群是半
格、乘法半群是D酉Clifford半群的半环,阐述了该类半环的性质并且给出了该类半
环的结构性定理和次直积刻戈Ⅱ.
关键词:逆半环;Clifford半环;E一酉性;偏序;半格;坚固半格;次直积
Abstraet
Algebric theory of semiring
sis a
very
important branch of algebra.There
a
re significant values of principle and applications in the study of semirings.
In this dissertation,we consider semirings whose additive reducts
口e semilattices
and multiplicative reducts
axe
inverse semigroups,dliberate the nature and
structure
of semirings and the subclasses of given class of semirings.In
chapter
one,we introduce
related knowledge of semirings and notes nesed in the following.In chapter two,we
research inverse semirings,obtain the conditions what the semiriags satisfy and related
propositions.We
give softie necessary and sufficient conditions that semi
fings become
distributive lattices.In chapter three,we obtain completely regular semirings
areaI浜
ford semirings and O-group semi
rings
areoIlly subdireetly irreducible Clifford semir.
ings.By using of theory of Mca]ister
cone,vve
c
onstruct
partial orders
on
semirings and
get some interesting results;In chapter
four,we
investigate semirings whose a
dditive
reducts
8resemilat#ices and multiplicative reduets盯e E-unitary Cliford semigroups.
give structure theory and decompositon of subdirect product about these semirings
Keywords:inverse semirings;Clifford semirings;F,unitary;partial orders;
semilatt.
tices;sturdy semilattice;subdirect product
II
西北大学学位论文知识产权声明书
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保密论文待解密后适用本声明。
学位论文作者签名:叠霆
细≯年,月f2-Et指导教师签名:
坊乏;;。
f。
年dr月/爻日
西北大学学位论文独创性声明
本人声明:所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名:邳密
胁号年}月/2日
第一章绪论
半群代数理论是一门重要的代数学分支.它在许多领域,如计算机、信息安全、自
动化控制等方面都有重要的应用价值【18】.经过一个多世纪的发展,现如今,半群代数
理论已发展的较为成熟,并在一些领域取得了大量的相关理论与结果,特别是对正则
半群的研究,成果颇丰.近几十年来,正则半群的特殊情形如逆半群、纯整半群、完全
正则半群的研究,在半群代数理论研究中占有十分重要的地位1976年,JM.Howie
所著的7‟AnIntroductiontoSemigr
Theory”一书介绍了正则半群的基本理论和
oup
结果,对半群理论的研究起到了巨大的推动作用.1984年,M.Petrich所编”InverseSemigroup”一书,几乎囊括了那个时代逆半群研究的绝大部分成果,激发了代数学者
对逆半群及其相关理论进行深入研究.著名的代数学者D.B.Mcalister对逆半群上的
偏序关系进行深入的研究|5]吼提出了著名的McalisterCone理论,该理论推广应用到其它正则半群,得到了一些非常漂亮的结果[11121Iall“m】.
半环代数理论的研究始于十九世纪末,但发展非常迅速.如今,半环理论十分丰
富,已应用到自动机、语言、组合学、函数分析、图论等许多领域,并且有不少关于半
环理论和应用方面的著作【15】【27】1281.
半环(s,+,・)是指非空集合s上装有两个二元运算加法“+”和乘法“”的代
数,其中(s,+)和(S-)均是半群,且满足乘法对加法的分配律,即
(Va,b,e∈S)(a+b)c=oc+bc和c(o+6)=ca+c厶从代数的角度来看,半环可以看成是由分配律联系的同一非空集合上的两个半群.这
样一来,半群代数理论的一些研究方法和结论,有助于我们来研究半环.近些年来,
~些代数学者从半环的半群角度出发,对半环进行了研究[7118][93
我们知道,Green-关系在半群理论的研究中,起着重要的作用.同样地,半环
的加法半群和乘法半群上的Green-关系在半环理论的研究中也扮演着十分重要的角
色.设S是半环,我们分别用咒(矗),c(互),口(西)表示S的乘法半群【加法半鞘上
的Green-7"l,£,D-关系,一些著名的代数学者从幂等元半环的乘法带[加法制上的
Green.关系出发,对幂等元半环进行研究,得到了非常优美的结论【g】【11l【3q…p….若V为任一给定半群类,我们用VⅣ]表示乘法【加法]半群属于V的半环
的全体例如:若用s£和i[c,EC]分别表示半格类与逆半群{Clifford半群,E一酉Clifford半群】类,则s£和I【c,EC】分别表示加法是半格的半环类和乘法半群是逆半
群[Clifford半群,B酉Clifford半群]的半环类s£nI表示加法半群是半格、乘法半
群是逆半群的半环类.
设S是半环,若S的加法半群和乘法半群都是正则的,则由文献【21】节II4知
S的加法半群和乘法半群均存在自然偏序,分别用≤+和S.表示S的加法半群与乘
法半群上的自然偏序.若半环SeStni,则由上文知S的加法半群和乘法半群上均
存在自然偏序.文献f13】中,作者所研究的逆代数就是sfNI中的半环,其中乘法半
群是逆独异点,并且≤+=≤.本文把这~定义加以推广,定义了完全正则半环瞪半
环,Clifford半环],对这几类半环进行讨论.第二章讨论逆半环,给出逆半环所满足的
充分必要条件,证明逆半环成为单演双半格的充要条件和s£GI中的半环成为分配格
的等价命题;第三章研究了s£nc中的半环,特别地,讨论了Clifford半环,证明完
全正则半环是Clifford半环,并且证明0一群半环是仅有的次直积不可约Clifford半环;第四章讨论StnEe中的半环,得到一些性质,给出该类半环的结构性定理和次直
积刻划.
2
第二章逆半环
本章的主要研究对象是逆半环,给出了逆半环所满足的充要条件和逆半环成为单
演双半格的等价命题;讨论了壶ni中的半环成为分配格的充要条件.
§2.1.逆半环
设(s,.)是半群.对a∈S,若存在。
∈S使得axa=a,则。
称为S的正则元.
若S的每一个元素都是正则的,则S称为正则半群.对o∈S,若存在z∈S使得
tzxa=。
和xax=z,则z称为a的逆元.若对任意的n∈S,S中有且仅有n的一个逆元,记n的逆元为a~,则S称为逆半群.由文献114]节5.1知;正则半群s是逆半群
当且仅当s的幂等元集合E(s)是S的子半格,亦即,当且仅当对任意的e,f∈s(s)
有e,=,e∈E(S).
半群S上的偏序关系≤是相容的,是指S满足下面条件:
b哥xaySm妇.
(Va,b∈Sz,Y∈s1)口S
例如:若在逆半群S上定义二元关系≤如下:
6骨(je,,∈E(S))a=be=,6,
(Va,6∈S)n
S
则≤为S上的偏序关系,由文献【14】节5.1知:S为S上的自然偏序,且是相容.若半环SES。
gni,则由绪论知≤+和≤分别表示S的加法半群和乘法半群上的
自然偏序,即定义如下:
口≤+b甘a=a+b,
(Va.b∈S)。
≤.b车=争(je,,∈E(s))o=be=fb
其中E(S)表示S的乘法半群的幂等元之集.
设半环S∈g£,若s的乘法半群@・)是逆半群院全正则半群11且满足5-=≤:
则S称为逆半环【完全正则半环].由定义知逆半环是senI中的成员.由≤+=5知
S+,≤与半环的加法运算和乘法运算均是相容的.
设S是逆半环,由文献[14】命题5.1.2可知:对任意的a,b∈S,a≤6当且仅当
a。
≤6~,从两直接有
引理2.1若S是逆半环,则
(Va,6∈Sn≤+b{=争a一1≤+b一1,
3
引理2.2若S是逆半环,则S满足
(Va,b∈S)(n舶)~=o。
+b~(1)证明对任意的a,b∈S,由≤+的定义,显然有a+b≤+a、由引理2l有
∞+∞一1≤+8~.交换a,b角色得(a+6)-1S+b~。
以上两个不等式左右相加,由
S∈s£得(o+6)一1茎+o一1+b一.由S+的相容性得
(a+6)一1(o+b)≤+a一1+b一1)(口+6).【2)
对任意的c∈s,设c≤+。
一1(0十b),cS+b-1沁+b),由引理2.1得c。
≤+(。
+b)。
n,
同理可得C-1S+0+6)一16.以上两个不等式相加,由Sese得c_1≤+扣+6)。
(n+b),由;f理2.1得cS。
(a+6)一1@+∞.取c=(a-1+6—1)(。
+∞,有
(o一1+6—1)(o+b)≤+(a+6)一1扛+6).由(2)式和(3)式得
(0—1+b-1)(口-4-∞=(a+6)一1(。
+6).由≤.的定义有
(。
+6)一1a+6)(n一1+b一1)≤。
一1+b一1.(3)(4)(5)
设d∈S并且d-1墨+o,d-1≤+b,由引理2.1得d≤+(Ⅱ+6)~.由≤+的相容
性有d=dd一1d≤+(o+6)一1(Ⅱ+b)a一.类似可得dS+(n+6)一1(o+b)b一,以上
两式相加,由S∈s4-£有dS+(。
+b)-I(n+6)(n一1+b-I).取d=Ct-I+b~,则有
n一1+b一1≤+(口4-∞一1(血+6)忙一1+b-1),由≤+=≤得
由(5)式得(o+6)一1(Ⅱ+6)(n一1+b一1)=n一1十b~由上式和(4)式有(n“+b-1)(n+
6)(n一1+b一1)=n一1+6—1和(o+6)(o一1+6—1)(a-t-b)=a+b.从而,(口+6)一1,n一1+b一1
都是n十b的逆元,由㈣-)中元素的逆元是唯一的,可得(Ⅱ+6)。
=口-1+b~.引理2.3若S是逆半环,则s满足
(vn,b∈S)口一1(盘+b)=b-1(n+b)=(o+6)一1a+b).(6)
证明对任意的n,b∈S,由≤+的定义,显然有a+b≤+a,由≤+=≤得
a+6<a由引理2.1和偏序的相容性得
a+b)一1(n+6)Sa-1∞+6)=a-1。
+n一1b.
d
(7)
对任意的c∈S,设c≤t2-1。
,c≤a-1b由C
S
a~lo,和≤的定义得C∈E(s),
从而有c=CC≤b-10G一1b≤.b-ab
由S=茎+得C=C+C+C+c S.a-lo,+
+血一1b+b-1n+b-1b=(n一1+b一1)(n+∞,即C S(n~1十b一1)(o+6)由引理2.2得
C=C“≤(o+6)一1(n+6),取C=o一1(n+∞,得8。
(a+b)≤(口+6)一1(口+6).由(7)式
有a-I(n十b)=(。
+6)_1(o+6).类似地,交换o,b角色得6'1(n+b)一(o+b)。
(。
+6).
从而有a-1(o+b)=b-1(o+b)=(a+6)一1(。
+b)
双半格(M,+,)称为单演双半格是指M满足(ve,,∈M)e+,=e,全体单演 双半格所形成的簇记为M,由文献【5]引理l 7知;如果S是上半格逆半群,那么对 任意的e,f∈E(Js),有8V,∈蜀:s).从而可得 引理2.4若S∈Sgni,则
(i)s的乘法半群的幂等元之集E(S)是s的子半环; (ii)若s是逆半环,则E(S)是单演双半格.
证明(i).设e,,∈E(s),由@-)是逆半群和(日(s),・)是半格得
e(e+,)-1=((e+,)e)-1
=(e(e+,))。
=(e+,)。
e.
类似地得到f(e+,)_1=(e+,)~f,以上两式相加得
(e+,)(e+,)一1=(e+,)一1(e+,)
(8)
又(e+厂)2;e+el+,e+f=(e+,)3,从而有0+,)2(e+,)一1=(e+,)3(e+,)~,由(8)式得(e+,)(e+,)一1(e+,)=(e+,)2(e+,)一1(e+,),即e+,=(e+,)2.从而,E(S)是s的子半环。
(n设S是逆半环,e,,∈E(s),显然有e+f≤+e,e+,≤+,,由≤+=≤和≤
的相容性得e+,≤e,,由≤的定义知e+f=(e+f)ef=ef.从而,E(S)是
单演
双半格,即E(S)∈M.
下面给出Se nI中半环成为逆半环的等价命题.
定理2,5若S∈seni,则下列命题等价: (i)S是逆半环;
(ii)E(s)是单演双半格,并且s满足
(Va,b∈S)∞+6)一1=。
一1+b一1
5
(iii)S满足
(Va,b∈S)a。
(o+b)=b-1(n+b)=(口+6)一1a
十b)
证明由引理2.1、引理2.2和引理2.4知(i)=}(ii)‟(i)=:争(:lii)显然成立
(ii)=辛(i戤对任意的a,b∈S,由(ii)有
(a十6)一1(。
+b)=a-lg+a-lb+b-la+6—16≤+Ⅱ一10十a-1
b
设c∈S,并且CS+6-1a,c≤+a-1b.由5+的定义得C=c+a-Ib,给上式两边取
逆,由(ii)得C-1=c-1+b-Ia,即c_1≤+b-la,从而有C-1C≤+b-iaa-16.由s(s)是
单演双半格得b-1aft一1b+b-1b=b-1aa一1bb一1b=b-1口8~b,即b-1nn一15So~b.这样得到C-tC≤+b-lb由≤+的相容性得c=cc-1c≤+c6一b.令C=t2-1t2十a-lb,则有
a-la+a-16S+(o一1a+a-1b)b~1b=a-I口+a-lb+b-
16,
显然a-la+a-lb+b-16≤+a一1a+a-lb,从而
(9)
a-1(8+b)=a-la+口一16=a-la+a-lb+b-
lb.
设d∈S,并且dS+a一1n,d5+a一1b,d≤+b一1b,由引理2.1得d-1≤+b-la,出≤+的
相容性得
d=dd一1d<。
db一1ad<。
b一1bb-laa-1a=b-10.
从而,有d≤+a一1a+a.1b+b一1a+b一1b=∞+6)-1(n+6).不妨取d=a-1a+a-1b+b~b,显然0+酚-1(。
+6)≤+。
8+a-:b+b-:b,由(9)式得
(盘+6)一1(Ⅱ+b)=a-10+a-1b+b-1b=a-1a
+6)
交换o.b角色有b。
(d+b)=(n+6)“(n+6).
(iii)=号(i).只需证明≤+=S.对任意的a,b∈S,设o≤+b,则由(iii)得
a=n+b=(a4-∞0+∞一1沁+6)=∞+6)(n+6)
一1b
由≤的定义有a≤b,从而S+≤≤.
对任意的a,b∈S,设n≤b,由≤.的定义有Ⅱ=(t-1ab,则a+b=a-1ab+b=(Ⅱ-1n+
砷-1)6.由(iii)和引理2.4(i)知:对任意的e,f∈E(固,有e+f=e(e+f)f(e+f)=e厂
从而(a-Ia+砧。
)6=a-1abb。
b=a-1ab=a,即a+b=n.由≤+的定义有oS
十b,从
而,≤∈S+.这样得到≤+=≤.由逆半环的定义得s是逆半环。
6
设S是半群,E(S)是s的幂等元之集,若对任意的d∈s,e∈E(s),由ecl(ae)∈
E(s)可得口∈E(曰,则S称为左(右)B酉的.若S既是左E-酉的又是右昂酉的,则S称为E一酉的.
上文给出了完全正则半环酌定义,特别地,若完全正则半环S的乘法半群是带,
则S称为幂等元半环.设S是幂等元半环,若(S,)是半格,则S称为交换的幂等元
半环.在文献f1o】中,作者证明了交换的幂等元半环是单演双半格.本文中,为了推
广这一结果,需要如下引理:
引理2.6若s是逆半环,则对Va∈S,e∈E(s),有e+。
∈E(S)
^
证明对任意的口∈S,e∈联s),由S∈s£得e+a≤十e,由S+=S得e+aSe.
由偏序≤.的定义知存在,∈E(S),使得e+n=e,∈E(s),即e+o∈E(S)
命题27若S是半环,则下列命题等价:
(i)S是幂等元半环;
(ii)S是逆半环,并且(s,・)是日一酉的;
(iii)s是单演双半格.
+
证明(i)==争(i虮设s是幂等元半环,则对任意的e,,∈S,由S∈s£得到
e+f≤+8,e+,S+-,,由≤+=≤,得e+.,≤e,e+,≤.,,因此
fe=fe+,e
=,(e+,)e
=e+,
=,+e.
从而:S是单演双半格.
(ii)=j(iii).设S是逆半环,对任意e∈E(s),a∈S,由(6)式得(e十o)。
(e+n)一
a-I(e+。
),给上式两边取逆得(e+。
)-1(e+o)=(e+n)-10,给上式两边左乘e+n得
e+Ⅱ=(e+Q)(e+口)一1n.由引理2.6得(e+d)(e+口)一1a∈E(s),由(S,・)的E一酉性
得d∈岳(s).由口的任意性,有S=刀(占).从而,由引理2.4(ii)得S是单演双半格.(iii)=辛(i),(iii)哥(ii)显然成立.
§2.2面ni中的半环
上文已阐述了逆半环成为单演双半格的等价命题,接下来给出壶ni中的半环成
为分配格的充要条件.
7
设≤】和≤2是集合s上的两个偏序关系,若(。
,b∈S)n≤扣=ja<_2b,则称≤2
是≤1的延拓.
引理2.8设S∈由ni.若≥+是s的延拓,且(1)式成立,则≥。
=≤,其中
≥+表示S+的逆序.
证明由≥+是≤的延拓知:≤£≥+.从而,只需证明芝+曼≤.设a.b∈S
且
b≥+a(10)
则有a=a+b.由逆元的唯一性和(1)式得a-1=(a+6)。
=o_1+b~,又由≥+得
b-1≥+o~.
从而,给(11)式两端分别左、右乘b以及给(10)式两边左乘k_1得
b=bbl晓+ba。
b≥+ba。
o
由≤的定义知ba“口≤b,再由S.∈≥+得
60。
Ⅱ≥+b.
结合(12)式和(13)式有
b=ba一10.
这样,给(11)式两端分别左乘以b-1b和右乘以a得
b-1d=(b-1b)b一1。
≥+(6—1b)。
1n=6。
(6口。
10)=b-ab.
进一步,在(11)式中分别取b=b-la和a=b-lb,有
a-lb=(b-t。
)-1≥+(6。
6)“=b-lb.(11)(12)(13)f14)(15)(16)
又(11)式两端右乘以b,有b-1b≥+a~b.结合上两式有a-lb=b-1b.由文献(14】命
韪5.2.1(5)得逛o.从雨2-+SS.故≥+=≤..
上
引理2.9设S∈sgni.若≥+=≤,则S是分配格.
证明对任意的Ⅱ,b∈S,显然。
≥+a+b由≥+=S和引理2.1得o.1≤(。
+6)~
由文献f14l命题5.2.1得a一1=Ⅱ一1n(o+6)~.同理可得b_1=b-1b(。
舶)~.设acb,由
文献『141命题5.1.2知a-Ia=b-16.从而Ⅱ一1=口-1a(a+6)。
=b-16∞+6)-1=b-。
.
8
由逆元的唯一性得a=b.这样得到S的每个£.类只有一个元紊.由文献f141定
理5.1.1知S的每一个£-类只有一个幂等元,从而a∈E(S).由。
的任意性可得
S=E(s).
对任意的e,工g∈S有el<e,e9S…e由≥+=≤得e+ef=e=e+eg.从而
(e+,)(e+g)=e+fe+eg+fa=e+f9这样,(S,+,.)是分配格.根据引理2.8和引理2.9有
定理2.10若S∈s£ni,则下列命题等价:
(i)≥+是s的延拓和(1)式成立;
(ii)≥+=≤;
陋)S是分配格.
由文献[10]知双半格簇Bi有三个非平凡真子簇,分别为单演双半格簇M,分配格
簇D和MVD.上文已经对M和D中的半环进行了讨论,下面从偏序角度对MVD
中的半环进行刻划.由文献【10】直接有
引理2.11设s是双半格,则S是MVD中的成员,当且仅当S满足
(re,^gES)(e+,)(e+g)=e+,9
从而有
命题2,12设S是双半格,则S∈MVD,当且仅当
(Ve:f,g∈S)e≤f考e+gSf+g.
证明辛.设S∈MVD,取e,,∈S并且e≤,.则对任意的gE
S,由引理211
得(e+9)(,+9)=ef+9=e+g,从而e+g≤f+9.乍.对任意的e,,,9∈S,显然e19≤(ef+eg)≤e,由(S,+)是半格得e+efa+如≤e+(ef+eg)+,9≤,e+f9.而e+e,9+fg=e+,夕,这样得到
e+.fa=e十(e,+e9)+,g=(e+,)(e+g),
由引理2.11知S∈MVD.
9
第三章Clifford半环
本章首先阐明了完全正则半环是Clifford半环,证明了0一群半环是仅有的次直积
+
不可约的Clifford半环;对S£nc中的半环进行了讨论,得到了一些结果.§3.1Clifford半环的性质和结构
回想一下,逆半群S称为Clifford半群是指对任意的a∈S有a-1a=n口~也就是说S的幂等元集合E(S)是中心的,亦即,对任意的a∈S和e∈E(S)有ae=ea.若S是Clifford半群,则由文献121]引理IV.2.3知s是完全正则的,并且是群的半格.
设A为一非空集合,P为A上的二元关系,对任意的a∈A,儿表示a所在的p
类.
设S是逆半群,定义S上的二元关系弘如下:
a#b错(Vie∈E(S))a-Ie。
=b-1eb.
由文献[14】引理5.3.6可知:弘是逆半群s上最大的幂等分离同余,并且p∈M,
从而有如下的引理:
引理3.1设S是逆半群,则U《g(s)芦。
是sr的最大Clifford子半群.
证明首先证明u。
∈E(s)p。
是Clifford半群.设口∈U。
∈E(s)卢。
,则3e∈E(s),使得
8∈p。
,即对任意的,∈E(固,由p的定义有n-1,。
=eye=e/,给上式两边左乘n得
no。
fa=aef由弘。
∈日e和文献【14】引理2.3.2得ac=ea=a和do。
=a-1a=e
这样得到加=af.由,的任意性知E(S)是U。
F(s)他的中心.由,是中心元和
faa-1=afa-1得aya-1=eye,由“的定义有a“肛e.对任意的b∈№,9∈E(s).有
b-1亿一19a)b
b“(ege)b
b-19b
=e9e・
由“的定义可知ab∈№,从而p。
是群.由e的任意性知U。
∈E(S)tz。
是群的半格,由文
献[2l】定理IV,2,4知u。
∈E(s)弘。
是Clifford半群.
下面证明U。
∈F(s)肛。
是S最大Clifford子半群.
10
不妨设S+是S的任一Clifford子半群,则对任意的Ⅱ∈S*,存在e∈Efs),使
cla。
2。
-1口
e.对任意的,∈E(s),我们有na一1,=e,由S+是Clifford半群,2
有
a-1如=e,e,即o∈№.由。
的任意性得S‟£UeeE(s)#。
.故u。
∈Ef鼬p。
是S的最大
Clifford子半群.
设s是逆半环,若S的乘法半群是Clifford半群,则S称为Clifford半环.上文
讨论了逆半群与Clifford半群之间的荧系,下面给出逆半环成为Clifford半环的等价
命题.
命题3.2设S是逆半环,则下列命题等价:
(i)(Va∈S)aa_1=a-la;
(ii)S是Clifford半环;
(iii)s满足(Va,b∈S)a+曲:a+bn.
证明(i)=毒(ii).显然成立.
(ii)—}(iii).设S是Clifford半环,对任意的Ⅱ,b∈S,由引理2.6和幂等元是中心
的得。
(n_10+6)
∞一1n+6)n
a一1Ⅱ2十ba
=onqⅡ+ba(oo~=a-la)
o+扫o.
(iii)==争(i).对任意的a∈S,由(ii)有。
=Ⅱ+dn一10=o+a-1G2,即Ⅱ墨+n—102
由≤一=5.得nS.口一1n2,由S的相容性得口n一1≤.(/-1口88—1≤n—l口类似她,可以
得到a-lg≤aa~.从而na~1=G-1n.
设s是Clifford半环,显然占是完全正则半环.下面欲证完全正贝口半环是Clifford
半环.
设s是完全正则半环,由定义知:Sege,≤+=s.结合文献[21J定理IV,16直接
有
引理3.3设s是完全正贝4半环,则下列命题成立:
(i)("Ca,b∈S)a+b≤+a,a+b茎+抚
(ii)S+=≤;
(iii)≤与s的运算相容,即(Vn,b,c∈S)a5b=号a+c≤b+c,a
c
sbc:ca≤
c6:
(iv)S是normalcryptic完全正则半环.
定理3.4若S是完全正则半环,则s是Clifford半环.
证明设S是完全正则半环ie,f∈E(s),则e十,S+e,e+,S+f.由S+==≤
有e十fSe,e+f≤.厂这样得到
e+,=(e+,)e,
e+,=(e+f)f,e+f=e(e+,),e+,=,(e+,).(17)(L8)(19)(20)
由(17)式和(18)式得
(e+,)(e,)=((e+f)e)f=e+
f.
类似地,由(19)式和(20)式得
(21)
(ef)(e+f)=e+f.(22)
再由s∈玉,(21)式和(22)式得
(e,)2一(e,)(e+f)(ef)=e+f.
由e+fS.e和文献【21J引理II.4.6得
e+f=(e1)2∈E(S).(24)
这样得到(e,)2是(s,・)的子群(晓,,・)的恒等元,从而,由(22)式和(23)式得
e,(e,)2
(e,)(e+f)
e+f=(e,)2
这表明e,∈E(s),由(23)式得E(S)是S的子半环.既然E(S)是幂等元半环,由定
理2,7得E(S)是单演双半格和(E(s),-)是半格,这样得到(S,・)是Clifford半群,因此S是Clifford半环.
12
容易看到,并非任意Chfford半群都是某个Clifford半环的乘法半群,非平凡群就是~个明显的例子.这也就是说,非平凡的Clifford半环的乘法半群一定不是群.设
G是群,给G添加零元素0,记Go=cu{0).显然Go是半群,并且是Clifford半
群.称Go为0一群.对任意的a,b∈Go,定义Go上的加法“+”运算如下:
oJ口。
≠6∈G。
,。
=b∈Go,
容易验证(Go,+)是半格,对任意的c∈G0,由群G中消去律成立得
如+∞={:。
寡篙:,
而
∞+曲
=
,
●
t
,
、
●
I
L0
∞
o≠b∈Go,
a=6∈Go
从而,c(a+b)=c。
+cb成立,类似地有(a+6)c=ac+bc.则(Go:+,・)是半环,并且Go是SPnc中的半环.对任意的a,b∈伊,若G<+6,则a+6=G,由加法定义得a=0或a=b从而有Ⅱ≤.b,这样得到≤+∈S.若a≤.b,则由≤的定义知
a=aa~b,则a=b或a=O。
从而≤£S+,这榉得到≤+=≤..由Clifford半环的定义
知(G。
,+,・)是Clifford半环.由于(G。
,・)是o_群,故把这样的半环称为O一群半环.设A是~个代数,著恒等关系和泛关系是A仅有的两个同余,则A称为同余自由
的.显然,若A是同余自由的,则A是次直积不可约的.从而有
命题3.5O一群半环是同余自由的Clifford半环。
并且是次直积不可约的Clifford半环.
证明如果G是平凡群,那么G。
是2元素的半格并且Go是同余自由的.否
则,G是非平凡群.设P是G0的非恒等同余,我们将证明p是伊的泛同余.设
d,6∈S,n≠b,b≠0,并且apb,则ab。
pl并且abhl≠1。
由文献【13】引理2.3得0;1+n6—1p1+1=1,从而,对任意c∈Go,有Opc.即P是Go的泛同余.这样就证
明了G0是同余自由的Clifford半环.因此是次直积不可约的Clifford半环.
设P是半群S上的同余关系,P的迹(trace)是指P在S的幂等元集合E(3)上的限制,记P的迹为trp,即有trp=Plz(s).
下面将证明0一群半环是仅有的次直积不可约的Clifford半环.为了证明这一结果,
引入以下引理:
13a+b:j
引理3.6设s是Clifford半环,若s上的同余P的迹trp是E(S)上的恒等关
系,则p是恒等同余.
证明设p是Clifford半环s的同余,并且P的迹trp是z(s)上的恒等关系,那
么盎s到s/p的自然同态是幂等分离周态,由文献113]命题1.8知该自然同态是单
同态.因此。
P是恒等同余.
既然Clifford半环上的每一个同余都是正规同余,由文献【13】定理2.4得
引理3.7映射P—+trp是由Clifford半环s上的同余格到E(S)上同余格的同
构映射,
引理3,8若s是次直积不可约的Clifford半环,则E(s)是次直积不可约的单演双半格.
证明设S是次直积不可约的Clifford半环,并且P是S上最小的非恒等同余,
则对s的任一非恒等同余77,有P£日和*rp垦trz2.由引理3.6和3.7得trp是半格
E(S)上最小的非恒等同余,也就是说半格E(S)是次直积不可约的单演双半格.
定理3.90-群半环是仅有的次直积不可约的Clifford半环.
证明由命题3.5知0一群半环是次直积不可约的Clifford半环,从而只需证明若
5‟是次直积不可约的Clifford半环,刚S是0,群半环.
设S是次直积不可约的Clifford半环.由引理3.8得E(S)是次直积不可约的半格,从而E(町是2元素半格.不妨令该2元索半格为{o,1)并且0≤l对任意
的o∈S,显然有1+a≤+。
,由≤+=≤.得到1+a≤ft.因此存在e∈E(S)使得1+a=eo.由引理2.6知:1+a=ga∈E(S).从而有
0=o(1+。
)=O(ea)=(Oe)a=Oa.
这表明0是s的零元素,从而有凰={o)和G=Ht.这就证明了(S,,)是。
一群.
故S是0一群半环.
推论3.10每一个Clifford半环是0一群半环的次直积.
§3.2盘ne中的半环
设s∈曲ne和。
∈&E(S)表示S的乘法半群(S)的幂等元之集,no表示8所在的爿一类中的恒等元.由于(S,+,t)是完全正则的,故对任意的。
∈S,有
a0=aft一1=a一1a
14
根据文献【141定理II.5.3和文献[21]_定理4.2.1知:如果(S,・)是Clifford半群,
那么S是纯整群.从而有E(S)={no】口∈毋,由文献』14)定理4.2.1和纯整群的性质 得(Va,b∈S)(ab)o=aObo.
设s是半环,A,B为s的两个非空子集,则A+口表示集合{a+bla∈A,b∈B1,AB表示集合{06In∈A,b∈B).若A是单元素集合,不妨设A={n),则A+B=
a+B={n+b伸∈B)[AB=aB={口blb∈B)].
设S CSg nC,S的子集Q={nlⅡ∈S,a+no=。
0)
由e的定义显然有
0_1=(ob-1∈研={ala∈S,n+口o=Ⅱ).从而,有如下的性质: 性质3.1l设S∈Sgne,则:
(i)QnQ_1=E(S);
(ii)Q是(s,・)的子半群;
(iii)(Vz∈S)zoz一1∈Q.
证明(i)由Q的定义,显然有E(S)£0.从而,只需证明如果n
E叭曰(s),那么
a-1隹Q\E(s).假设17,,a_1∈Q\E(s),由Q定义有a-1+。
o=no和a+ao=ao.给
口一1+ao=ao两边同乘8得。
+扩=。
.从丽有口=。
+口o=矿∈昱(S).这与假设矛
盾.故a-1岳Q\E(s),这就证明了Qn Q_1=E(s).
(戤设a,6∈0,由Q定义有n+80=oo,b+bo=bO,从两
曲+fab)o=ab+aobo
=ab+∞+no)(6+60)
=曲+n6+n泸+aob+aobo
=06+o矿+aob+Ctobo
=扣+扩)(6+bo) =8060
=(ob)o
由Q的定义得d6∈Q.故Q是(S,・)的子半群.
(iii).对任意8∈Q由Q的定义有口+扩=口o.对任意z∈S,给上式两边左乘z, 右乘z4得zo。
_1+∞oz_1=XC】J02C~.由文献【141命题5.1.2知。
oz。
∈F(s),从 而,由s是纯整群和文献f1 4]定理4.2.1得xaox-1=扛no。
-1)o=x0扩一=(z。
z。
)o这样有zoz一1+(£∞-1)o=(znz_1)o,由Q的定义得xax_1∈Q.由a的任意性有
(Vz∈S)zQz一1∈Q. 15
由Q的性质出发,有如下的定理:
定理3,12设s∈壶ne,定义s上的二元§关系如下:
(Vn,b∈s),n≤.b{==}oo墨bo,ba一1∈Q
则(S、・,≤。
)是偏序Clifford半群.
证明对任意的口,坟c∈S,由80∈Q和扩≤.t20得口刍o.设n≤。
6,6S.口.由
≤。
定义知oo=60.由n≤+b得6。
一1+n0=扩,上式两边右乘a有b+a=o.类似地
由b≤。
o可得口+b=6.由(S,+)是半格得n=n+b=6+o=b.设nS+b,b≤,c.由≤。
的定义知护≤.bo,bo<c0,由S.的传递性有no≤Co.由S+
的定义有bn~,cb-1∈0.根据性质3.11(iii)得ebOa一1∈Q,既然6n一,cb一1∈Q,即
cboczoo一1∈Q.由80≤bo得60扩=oo,从而有c。
一1∈Q由≤+的定义知Ⅱ≤,c.这样
就证明了≤。
是S上的偏序关系.
设n,b,d∈S,且o≤+b,由≤。
的定义和dO∈Q得6n一1d。
∈0和a。
da<。
bodo.由
E(s)是S的中心可得ba。
dO=bdoⅡ。
d=(6d)(。
d)。
∈Q.由(S,.)是纯整群和文献[t4】定理4.2.1得(。
d)。
=aodo_<60扩=(6回o.由≤.的定义知ad§妊类似地可得
如≤+db.由偏序逆半群定义知(S,・,≤.)是偏序Clifford半群.
+
若s∈sznc,由文献[21j定理IV.2.4知“是s的乘法半群@.)上的半格同
余,从而有如下的引理:
+
引理3.13设S∈slnc,则氕是s上的同余当且仅当s满足
(Va,b∈S)(。
+b)o=no+bo
iil!明充分性.对任意的n,b∈s,有o∈风o,b∈觑。
.由裔是S上的同余得
a+b∈或。
+批由引理2.4知aO+bo∈E(固,从而由幺元素的唯—性有如+∞o=口o+60必要性.设o,b∈s且Ⅱ饨b.对任意的c∈s,有(8+c)o=oo+c0和(6+c)o=bo+co,
从而(8+c)0=(6+c)or由。
心6得扩=60,从面有o+c7;[b+c.由(s,+)是半格和
文献【14】定理4.2,l得R是s上的半环同余.
设S是半环,若S的乘法半群是群,则s称为除半环。
除半环的全体用O表示.
由引理3.13有:
推论3.14若s∈壶ne,且砖是半环同余,则茏是s的双半格同余,并且每一
个心一类是除半环.
16
引理3.15若s∈SgnG.对任意的o,b∈S,在偏序S+下,a(a+6)_1b是口和
6的最小上界.
+
证明在证明此引理前,需要明确下面的事实:若S∈SgnG,则对任意的o,b∈
Sn≤+b{=:}6—1≤+口~.设。
,b∈S并且。
S+6,由S+的定义有。
+b=矗
用ls表示㈣-)上的幺元素.给n+6=口左右两端分别右乘o_。
、左乘6-1得b-1n。
一1+b-1ba一1=b-lno~.进一步有b-11s+lsa一1=b~1s,由(只-)是群得
b-1+口-1=b~由≤+的定义得b-1≤+口一.对偶地,若6。
≤+o~,则有n≤o成立
下面证明此引理.
对任意的o,b∈S有b-1(。
+b)a_1=b-1+O,-1≤+n~,由上述证明知n≤+(6_1(n+
6)n。
)-1=。
缸+6)。
6,交换口和b得角色,类似地得到6<+(a。
(口+b)b_1)。
=
b(n+6)一1a.由∞(n+6)-16)一1=b-1+o一1=(6(。
+6)一1。
)一1得n(凸+6)一L6=6沁斗6)一1n下面证明a(a+砷-1b是。
,b的最小上界.不妨设存在c∈S使得n≤+c,6≤+c.
由上述证明知C-1≤+Ⅱ-1+b。
=b-t(0+b)a_。
,进一步有o@+6)。
6≤.c这样得到
a(a+6)_1b是a和b的最小上界.
由引理3,15有
命题3.16若S∈SgnC,并且H是S的半环同余,则s=QQ-1=0-1Q
证明对任意的。
∈S,由(乩,+,・)是s£nG中成员和引理3.15有a(a+no)一1口o=n(8+no)-1是。
与扩的最小上界,显然a=n(。
十扩)-1(口+扩),由
aos+。
(。
+扩)“和≤+的定义得a0+。
(n十no)一1=ao.由Q的定义有a(a+ao)_1∈Q.
从而
显然有。
+口。
=盘+。
0+a0,由0~1的定义得8+。
o+ao=o
+80∈Q~
由q是s的子
,o=a(a+a0)。
(n+ao)∈QQ~,由n的任意性
得s∈QQ一
集显然有QQ-1∈s,从而得到S=QQ~,类似地,可得S=Q_1Q.这样,就有
占=0印_1=Q4Q.
结合定理312和引理3.13有
定理3.17若s∈sene,E(s)是单演双半格,并且“是s上的半环同余,则
茎+=S;.
证明对任意的o,b∈S,设o≤+b.由偏序≤+的定义知b+a=n,从而有(。
舶)o=
no.因为矗是S上的同余,由引理3.13知(n+6)o=a0+bo由E(s)是
单演双半
格,有oo+bo=oobo=a0.从而,由S定义知aO<bo.给b+n=a两边右乘a-1得
ba~1+口o=Ⅱo由S,的定义有口≤。
b。
从而得到S+£≤+。
17
对任意的Ⅱ,b∈S,设。
≤tb.由≤。
的定义知oo茎bo,ba_1∈Q由oo≤bo和(s,‟)
是纯整群得no=一bo=(n6)o.因为E(S)是单演双半格,所以有
ao=aobo=ao+bo=(ab)o=(6口)。
由ba一1∈Q知她一1+(6n)o=(ba)o,从而有6n一1+。
o=ao,即bboa一1+ao=ao,给上式两边右乘n得6。
o+。
=o,亦即(b+Ⅱ)口o=aao=o.又由他是S上的同余得
n+b∈玩。
柙=Z06。
=也。
,这样得到(b+d)。
0=b+。
=o,由≤+的定义有aS+b,从而,有§∈≤+.由上证明知:≤+=≤。
.
综上所述有如下的推论:
+
推论3.18若G∈S£nG,贝0≤+=≤,.
推论3.19若S∈玉ne,饨是S上的半环同余,则下列命题等价
(i)Q=E(固;
(ii)≤.=S+‟
(iii)S=E(s).
18
第四章壶nEe中的半环
设S是逆半群,且S是B酉的,则S称为B酉逆半群.特别地,若S是Clifford半群,则s张为口酉Clifford半群.用EC表示全体E一酉Clifford半群所构成的半
群类,S£nEC表示加法半群是半格、乘法半群是B酉Clifford半群、并且乘法半
群上的Green一7-/关系州是半环同余的半环类.本章主要研究了s£nEe中的半环,
刻划了其性质,证明了s£nEC中的半环是s£nG中一族半环的坚固双半格,给出
了其次直积分解.
§4.1出nEO中半环的性质
设S是逆半群,定义S上的二元口关系如下:
a,b∈S,aab兮(3e∈E(s))oe=be,
由文献[14】命题5.3.2可知一是逆半群上的最小群同余,即酬盯是群.
引理4.1若s∈SgnI,则口是s上晟小的除半环同余.
证明由O-定义知口是(S,・)上最小的群同余,只需证明a是(s,+)上的同余.任
意的。
,b∈S,若aJ6,刚je∈E(¥,使得。
e=be对任意的c∈S有de+CC=be+Ce,即(a+c)e=(b+c)e,由口的定义得(a+c)口(b+c),由(s,+)是半格得O-是(s、+)上的同余.从而。
是半环同余,由于(彤正・)是群,故(彤正+,,)是除半环.
由文献【2l】引理II.3.3可知:若S是正则半群,并且P是s上的幂等纯同余,则
pnH=△(△表示恒等关系】例如若S是B酉逆半群,则。
n矸=△,由。
的定义
和E-酉性显然对任意e∈E(s),口。
=E(s).
从而直接有如下引理:
引理4.2若S是E一酉逆半群,且o,b∈S,aab,则ab~,a-lb∈E(s).
+
gl理4.3若S∈SgnI,口,b∈S,且aab,贝0
(84-∞缸十∞一1=u,a一1+bb一1j
(。
+6)一1(n4-b)=a-10+b-Xb
19(25)(26)
证明对任意的口,b∈S,若口口6,则aa-1十bb一1s+aa-1.由<十的相容性有
nd一1+bb一
≤+(aa一1十的一1l∞l一1
1
fa+口o~1b)a~1
(n。
一1十n口一1ba一…1
oo一1+施~1
蚰.。
类似地,有。
一1+bb一1≤+ab~.叉
Ⅱ(o+b)~=[(Ⅱ+6)Ⅱ。
】'1=【。
Ⅱ~1+ba一1】一l:on一1+ba-l,
类似地6(n十6)“=bb一2+d6~.这样有
∞+∞(Ⅱ+6)一1一o(o+∞一1+6∞+6)一1
=aa一1+ba一1+bb~1+nb-1
一(aa_1十bb一1)十(6Ⅱ一1十口6—1)。
由o。
一1+bb一1曼+ba一1和aa-1+bb一1≤+口b~1得(。
+6)(Ⅱ十6)一l=血凸一1+66—1,类
似地有∞+∞。
0+5)=n—l。
+b-16
综上所述有
引理4.4若s∈壶ne,S的乘法半群是E一酉的,且Ⅱ,6∈sn∞,则
(。
+6)。
=n~1+b一1
证明若o,b∈S,。
ab・则显然有。
一10'b~,由(25)式得(。
~1+b一1)~1(n一1+b一1):
nn。
+bb。
=扩+护.由引理4.3和(S.)是Clifford半群得
(o。
+6—1)(△十∞(口一1+b-1):(o一10+扫一1厶+6—10+口~16)∞~1+占一1)
(。
-。
n+b一16)(。
一1+6—1)
(。
o+泸)(口一1+b一1)
(。
一1十6—1)(。
一1+6—1)'1(o一1+6—1)。
一1+b~.
类似地得到(o+6)(n一1+b一1)(。
+b)=o+b,从而a-1+b一1是n+b的逆元素
由逆元的唯一性得如+约一j:。
一‟+6~.
引理4.5若S∈g“]Ee,任意的口∈S,则列命题等价:
(砂(3e∈E(¥)eq-口∈昱(s);
(ii)E(S)+a∈E(S);
fiii)矿+口=n.
证明(i)=}(ii)e+Ⅱ∈E(s),则口。
+。
=O"e.对任意的,∈E(s),由引理4.1得or/+n=Oe+。
=%=町,由饵・)的B酉姓得,+8∈E(固,由‟,的任意性知E(s)+a冬E(S).
(ii)净(jii).设n∈日,,由H是半环周余得a+f∈H,+,=Ⅳ,由(ii)得a+I∈F(s),
从而Ⅱ+f=,,给上式两边右乘a得Ⅱ2+,o=,o,即。
2+n=o.(iii)号(i),显然成立.
§42壶nEe中半环的结构
若s是Clifford半群,e,,∈E(s)且,≤e,则由文献[14】命题5.2.1知对任意的
n∈巩,存在唯一的b∈毋,使得af=b,由文献【14]命题4.21知Clifford半群是群
的强半格,从而,在Clifford半群的子群之间存在同态映射.
设S是Clifford半群,任意的e,,∈E(s),,≤e,定义映射如下:
【P。
|:He_Hfa_n}
对任意的8,6∈坟,(口6)蛾,,=n6,,由Clifford半群的幂等元是中心静得∞,=afbf=(Ⅱ)妒。
,,(6)妒e,,.从而妒。
,,是皿到日,的同态映射.
如果s是口酉的Clifford半群,那么两个子群闯的周态映射%,(,≤e)为单周
态、因为;若Ⅱ,b∈(,)妒若,则。
,=,,6,=,,由S是口酉的得o,b∈E(s),又困
△,b∈皿,从而a=b=e.设b,C∈皿并且(口)妒^J=(6)‰J则(Db~1)妒。
,=f,由
上知ab_1=e,即有a=b.故妒。
r为单同态.
从而有如下命题:
士
命题4.6若S∈s£nEe,Va,b∈S,则下列命题等价:
(i)aab;
(ii)(9e,,∈E(s))Ⅱ妒。
,酊=却加,;
(iii)(△+6)一1=。
一1+6~,
证明(i)辛(ii).若a,b∈S,acrb.由口的定义知|9∈E(s),使得a9=bg由(S,.)是Chfford半群知je,,∈E(¥,使得o∈月。
,b∈月,,从面有ae9=8re,给上式两边
21。