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2 章节测验
定义:设<F,+,*>是一个代数系统,其中|F|>1,如果:
(1)<F,+>是一个交换群,其单位元记为0;
(2)<F-{0},*>是交换群;
(3)运算“*”对运算“+”可分配;
则称<F,+,*>为域(Field)。
由定义,显然域是一个整环。
例1 证明<Q,+,×>是域,其中运算“+”与“×”分别是有理数集合Q上的普通加法和乘法。
证明 显然|Q|>1,<Q,+>是交换群,<Q-{0},×>是交换群,加法对乘法的分配律成立,所以<Q,+,×>是域。
同样,读者可以验证实数集合R,复数集合C上定义的普通加法和乘法都是域。
例2 证明<7,+7,×7>是一个域。
证明 我们已经知道<7,+7,×7>是一个环,因此要证明它是域,只需证明<7-{0},⊙>是一个交换群。为简单记,我们记a×b为ab。
(1)封闭性:对任意的a,b∈7-{0},假设a×7b = 0,即
a×7b = ab (mod 7) = 0
则存在k∈Z,有
ab = 7k
则有7整除ab,即
7|ab
因为7是素数,则有
7|a,或者7|b
又a,b∈7-{0},则7不能整除a和b,矛盾,所以a×7b≠0,故×7在7-{0}是封闭的。
(2)结合律与交换律:读者自行证明结合律、交换律成立。
(3)单位元:1∈7-{0},且对任意的a∈7-{0}有
a×71 = a = 1×7a
所以单位元存在。
(4)逆元存在:对任意的a∈7-{0},因为(7,a) = 1,所以存在s,t∈Z,使得7s+ta = 1
则
1 = ta (mod 7)
则存在p∈Z,使得k = t+7p,其中k∈7-{0},有
1 = ta (mod 7) = ka (mod 7) = k×7a
而×7满足交换律,所以有
k×7a = 1 = a×7k
即k是a的逆元。
综上<7-{0},×7>是一个交换群,所以<7,+7,×7>是域。
通过上面的方法,我们有下面的推广:
推广 如果p是素数,则<,+p,×p>是一个域。