Diskrete Strukturen Kapitel 5: Algebraische Strukturen (Grundlagen)

Ähnliche Dokumente
WS 2009/10. Diskrete Strukturen

WS 2008/09. Diskrete Strukturen

Übung: Teilmengen. Beweis: Für alle Elemente einer Menge, die Teilmenge einer Menge ist, gilt, dass auch Element von ist. (Definition der Teilmenge)

3 Allgemeine Algebren

Literatur und Videos. ISM WS 2017/18 Teil 4/Algebren

IT-Sicherheitsmanagement. Teil 4: Einführung in algebraische Strukturen

IT-Security. Teil 9: Einführung in algebraische Strukturen

Diskrete Strukturen. Restklassenringe WS 2013/2014. Vorlesung vom 24. Jänner 2014

Operationen. auch durch. ausgedrückt. ist die Trägermenge der Operation. Mathematik I für Informatiker Algebren p.1/21

WS 2009/10. Diskrete Strukturen

Mathematik für Informatiker I,

Diskrete Strukturen Kapitel 2: Grundlagen (Mengen)

SS 2017 Torsten Schreiber

Formale Methoden 2. Gaetano Geck Lehrstuhl I Logik in der Informatik WS 2014/2015

Mathematische Grundlagen der Computerlinguistik Algebren

Allgemeine Algebren. Bernhard Ganter. Institut für Algebra TU Dresden D Dresden

Diskrete Strukturen Kapitel 5: Algebraische Strukturen (Gruppen)

a(b + c) = ab + ac und (a, b) (c, d) a + d = b + c definiert. Der Quotientenraum Z := N 2 / ist versehen mit der Addition

5. Gruppen, Ringe, Körper

Vorkurs Gruppen. Jonas Müller. 11. Oktober 2018

Mathematische Methoden für Informatiker

Diskrete Strukturen 5.9 Permutationsgruppen 168/558 c Ernst W. Mayr

Algebra für Informationssystemtechniker

Lineare Algebra 6. Übungsblatt

Übersichtsblatt Hertrampf/Bahrdt. 1 Mathematische Aussagen. Theoretische Informatik I WS2018/19

Diskrete Strukturen. Sebastian Thomas RWTH Aachen Algebraische Strukturen

Kongruenzen und Restklassenringe. 2. Kongruenzen und Restklassenringe

Vortragsskript Einführung in die Algebra

Diskrete Strukturen Kapitel 2: Grundlagen (Relationen)

Skriptum EINFÜHRUNG IN DIE ALGEBRA

Seminar zum Thema Kryptographie

Definition 153 Sei n eine fest gewählte ganze Zahl 0. Für jedes l Z heißt die Menge

Kapitel III Ringe und Körper

Klassische Algebra. Gesucht sind die Lösungsmengen der folgenden Gleichungen: x n + a n 1 x n a 1 x + a 0 = 0 (a 0,...

3 Allgemeine Algebren

Algebraische Strukturen. Idee. Gruppen, Ringe, Körper... (Teschl/Teschl Abschnitt 3.2, siehe auch Kap. 4)

Teilbarkeitslehre und Restklassenarithmetik

1. Gruppen. 1. Gruppen 7

Bemerkungen. Gilt m [l] n, so schreibt man auch m l mod n oder m = l mod n und spricht. m kongruent l modulo n.

Algebraische Strukturen

Gruppe. Unter einer Gruppe (G, ) versteht man eine Menge G, auf der eine binäre Operation definiert ist:

1. Gruppen. 1. Gruppen 7

Thema: Die Einheitengruppe des Restklassenrings /n

3. Algebra und Begriffsverbände. Algebraische Strukturen

1. Eine rechtstotale Funktion heißt surjektive Funktion oder Surjektion. 2. Eine linkseindeutige Funktion heißt injektive Funktion oder Injektion

Diskrete Mathematik. Sebastian Iwanowski FH Wedel. Kap. 4: Zahlentheorie

WS 20013/14. Diskrete Strukturen

Man schreibt auch a b statt a + ( b). Beispiel A = {0,1,2,3} als abelsche Gruppe

Aufgabe aus der linearen Algebra I

30 Ringe und Körper Motivation Definition: Ring. Addition und eine. Häufig gibt es auf einer Menge zwei Verknüpfungen: eine

Algebraische Grundlagen

1 Algebraische Strukturen

WS 2009/10. Diskrete Strukturen

f ist sowohl injektiv als auch surjektiv.

Lineare Algebra. Sebastian Thomas. Manuskript (provisorisch) Sommersemester Carl von Ossietzky Universität Oldenburg Institut für Mathematik

: G G G. eine Abbildung. Gelten die folgenden Eigenschaften, so nennen wir (G,,e) eine Gruppe: (x,y) x y

Formale Grundlagen 2008W. Vorlesung im 2008S Institut für Algebra Johannes Kepler Universität Linz

Lineare Algebra I. Voraussetzung: Sei A ein kommutativer Ring und eine Kongruenzrelation auf A. a b a n b n.

LINEARE ALGEBRA Ferienkurs. Hanna Schäfer Philipp Gadow

2. Teil: Diskrete Strukturen

Diskrete Strukturen und Logik WiSe 2007/08 in Trier. Henning Fernau Universität Trier

Diskrete Strukturen und Logik WiSe 2006/07 in Trier. Henning Fernau Universität Trier

WS 2008/09. Diskrete Strukturen

Logische Grundlagen der Mathematik, WS 2014/15

TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN FERIENKURS. Lineare Algebra FLORIAN NIEDERREITER & AILEEN WOLF

Lineare Algebra I 5. Tutorium Die Restklassenringe /n

C: Algebraische Strukturen

BA-INF 011 Logik und Diskrete Strukturen WS 2013/14 Mögliche Klausuraufgaben Stand vom

Komplexe Zahlen und Allgemeines zu Gruppen

5.1 Operationen 5.2 Boolsche Algebren 5.3 Monoide, Gruppen, Ringe, Körper 5.4 Quotientenalgebren

Vorlesung Algebra I. Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 1 2. Gruppen Einleitung

WS 2013/14. Diskrete Strukturen

4: Algebraische Strukturen / Gruppen

Einführung in die Theoretische Informatik

Algebra. Eine Menge A heißt abzählbar, wenn A gilt. Insbesondere sind, und abzählbar, und sind nicht abzählbar (überabzählbar).

1.3 Gruppen. Algebra I 9. April 2008 c Rudolf Scharlau,

Asymmetrische Kryptographie u

Algebraische Strukturen und Verbände

3.1 Gruppen, Untergruppen und Gruppen-Homomorphismen

3.1 Gruppen, Untergruppen und Gruppen-Homomorphismen

4. Dezember Kongruenzen und Restklassenringe

4. Übung zur Linearen Algebra I -

Lineare Algebra und Analytische Geometrie I*

Formelsammlung: Mathematik für Informatiker I

Lineare Algebra I 3. Tutorium Inverse Matrizen und Gruppen

G. Dobner/H.-J. Dobner: Lineare Algebra Elsevier Spektrum Akademischer Verlag

Eine Relation R in einer Menge M ist eine Teilmenge von M x M. Statt (a,b) R schreibt man auch arb.

Übungen zum Vorkurs Mathematik für Studienanfänger Ein leeres Produkt ist gleich 1, eine leere Summe 0. ***

Zentralübung zur Vorlesung Diskrete Strukturen

Übungen zum Vorkurs Mathematik für Studienanfänger Ein leeres Produkt ist gleich 1, eine leere Summe 0. ***

Tutorium: Diskrete Mathematik

Wiederholung: Modellierung in Prädikatenlogik

Einige Teilgebiete der Informatik

Lineare Algebra und Analytische Geometrie I*

Transkript:

WS 2014/15 Diskrete Strukturen Kapitel 5: Algebraische Strukturen (Grundlagen) Hans-Joachim Bungartz Lehrstuhl für wissenschaftliches Rechnen Fakultät für Informatik Technische Universität München http://www5.in.tum.de/wiki/index.php/diskrete_strukturen_-_winter_14

Algebraische Strukturen Grundlagen Gruppen Endliche Körper 2

Die Algebra als Teilgebiet der Mathematik befasst sich mit algebraischen Strukturen, d.h. mit Mengen und darauf definierten Operationen, von denen nur bekannt ist, dass sie gewisse Eigenschaften (wie z.b. Assoziativität, Kommutativität, Distributivität, Idempotenz, ) besitzen. Welche Eigenschaften jede Operation hat, wird durch Axiome festgelegt. 3

Algebra (als Struktur): Definition: Eine Algebra besteht aus einer Trägermenge S und einer Menge Φ von Operatoren (oder Operationen) auf S (der Operatorenmenge). Ein Operator der Stelligkeit (arity) m N ist eine Abbildung S m S. 4

Beispiele: N, +, Z, +, N, +, sind Algebren. Sei Q = x N x ist Quadratzahl. Q, ist eine Algebra. Q, + ist keine Algebra. true, false,,, ist eine Algebra. Sei U eine Menge. 2 U,, ist eine Algebra. Sei F(U) die Menge aller Abbildungen U U. F U, ist eine Algebra (die Operation bezeichnet die Komposition von Abbildungen). 5

Multiplikationstafeln: Algebren mit zweistelligen Operatoren lassen sich über ihre Multiplikationstafeln (Operationstafeln) darstellen. Beispiel: true, false,, T F T T T F T F T F T T F F F F 6

Neutrales und inverses Element: Definition: Sei S, eine Algebra. Ein Element e S heißt linksneutrales (bzw. rechtsneutrales) Element für den Operator, falls a S: e a = a (bzw. a S: a e = a). Ein neutrales Element ist ein Element, welches sowohl links- als auch rechtsneutral ist. 7

Neutrales und inverses Element: Definition: Sei S, eine Algebra mit einem neutralen Element e und sei a S. Ein Element x S ist ein rechtsinverses (bzw. linksinverses) Element von a, falls a x = e (bzw. x a = e). Ist x sowohl rechts- als auch linksinverses Element zu a, so heißt es inverses Element zu a. 8

Neutrales und inverses Element: Beispiele: Die Algebra a, b, mit a b a a a b b b hat rechtsneutrale Elemente a und b, jedoch keine linksneutralen Elemente. 9

Neutrales und inverses Element: Die neutralen Elemente der Addition bzw. Multiplikation auf den natürlichen/ganzen Zahlen sind 0 bzw. 1. In Z, + hat jedes Element x ein inverses Element: x. In R 0, hat jedes Element x ein inverses Element: 1/x. In Z {0}, haben nur die Elemente 1 und 1 ein inverses Element. 10

Halbgruppen, Monoide, Gruppen: Definition: Eine Algebra A = S, mit einem zweistelligen Operator heißt Halbgruppe, falls assoziativ ist, also gilt: Beispiele: a, b, c S: a b c = a b c. N, +, Z, +, N,, Z,, 2 U,, F U, sind Halbgruppen. true, false, ist keine Halbgruppe. Gegenbeispiel? 11

Halbgruppen, Monoide, Gruppen: Welche der beiden folgenden, durch ihre Multiplikationstafeln beschriebenen Algebren mit S = {a 1, a 2 } sind Halbgruppen? a 1 a 2 a 1 a 1 a 1 a 2 a 2 a 2 a 1 a 2 a 1 a 2 a 2 a 2 a 1 a 1 12

Halbgruppen, Monoide, Gruppen: Definition: Eine Algebra A = S, mit einem zweistelligen Operator heißt Monoid, falls assoziativ ist und es ein neutrales Element gibt. Beispiele: N 0, +, Z, +, N,, 2 U,, 2 U,, F U, sind Monoide. Was sind die neutralen Elemente? N, + ist Halbgruppe aber kein Monoid. Z 0, + ist keine Algebra. Warum? 13

Halbgruppen, Monoide, Gruppen: Definition: Eine Algebra A = S, mit einem zweistelligen Operator heißt Gruppe, falls assoziativ ist, es ein neutrales Element gibt und jedes Element ein inverses Element besitzt. Beispiele: N 0, + ist Monoid, aber keine Gruppe. Z, +, Q 0, und R 0, sind Gruppen. B U, ist Gruppe. 14

Einschub Modulare Arithmetik: Definition: Sei m N. Zwei Zahlen x, y Z sind kongruent modulo m gdw. die Differenz (x y) durch m teilbar ist, es k Z gibt mit x = y + k m, sie bei Division durch m den gleichen Rest haben. Die Kongruenz modulo m ist eine Äquivalenzrelation auf Z. Sie wird x m y oder x y mod m geschrieben. 15

Einschub Modulare Arithmetik: Spiralvisualisierung der Äquivalenzklassen (mod 5) 3 (mod 5) 0 (mod 5) 4 19 5 14 (mod 5) 9 0 13 18 8 4 3 20 15 10 16 11 6 1 2 7 12 17 22 1 (mod 5) 21 2 (mod 5) 16

Einschub Modulare Arithmetik: Definition: Seien x, y, m N. (x mod y) bezeichnet den Rest der Division x: y. x + m y ist eine Abkürzung für x + y mod m. x m y ist eine Abkürzung für x y mod m. 17

Zurück zu Gruppen: Beispiele: Sei Z n = {0,, n 1}, n 2. Z n, + n ist eine Gruppe: 0 ist neutrales Element. (n a) ist inverses Element von a für alle a 0. Z 5 {0}, 5 ist eine Gruppe: 1 ist neutrales Element; 1 ist inverses Element von 1; 3 von 2; 2 von 3; 4 von 4. Z 4 {0}, 4 ist keine Gruppe: 2 hat kein inverses Element. 18

Abelsche Gruppen: Definition: Eine Gruppe (ein Monoid, eine Halbgruppe) heißt abelsch oder kommutativ, falls kommutativ ist, also gilt: Beispiele: a, b S: a b = b a. Z, +, R 0, und Z n, + n sind abelsch. B U, ist nicht abelsch. Gegenbeispiel? 19

Praktische Anwendungen in der Informatik: Endliche Gruppen in der Computeralgebra Modulo-Rechnen in der Algorithmik (z.b. Index-Arithmetik) 20