半群

定義

半群

半群(semigroup)とは,以下の2つのデータからなる.

これらは以下を満たす.

結合律
𝑎 , 𝑏 , 𝑐 𝑆 , ( 𝑎 𝑏 ) 𝑐 = 𝑎 ( 𝑏 𝑐 )

準同型

半群𝑆,𝑇を与える. 写像 𝑓 : 𝑆 𝑇 で以下を満たすものを,(半群)準同型と呼ぶ.

𝑥 , 𝑦 𝑆 , 𝑓 ( 𝑥 𝑦 ) = 𝑓 ( 𝑥 ) 𝑓 ( 𝑦 )

積の記号を省略しているためわかりづらいが,準同型𝑆の元を𝑇の元へ送るだけでなく,𝑆の積を𝑇の積へ送る.

同型

全単射な準同型同型と呼ぶ.

同型の始域終域の(組の)ことも同型(isomorphic)と呼ぶ.

半群の圏

対象を全ての半群を全ての半群準同型とする半群の圏(category of semigroups)と呼び𝐒𝐞𝐦𝐢𝐆𝐫𝐩と表す.

同型定理

半群の圏の部分対象,商対象を確認し,同型定理を示す.

部分半群

半群𝑆を与える.

𝑆の部分集合𝑇𝑆が,𝑆の積に関して半群になる,つまり以下を満たすとき,𝑇𝑆部分半群と呼ぶ.

  • 𝑇 𝑇 𝑇

自明な部分半群

半群𝑆を与える.

𝑆自身は𝑆部分半群となる.これを𝑆自明な部分半群(trivial subsemigroup)と呼ぶ.

それ以外の部分半群非自明と呼ぶ.

生成系

半群𝑆と部分集合𝑇𝑆を与える.

𝑇 𝑛 = 0 𝑇 𝑛 𝑇を含む最小の𝑆部分半群となる.これを𝑇で生成される部分半群と呼ぶ.

特に, 𝑆 = 𝑇 を満たすとき,𝑇𝑆生成系と呼ぶ.

商半群を定義する準備をしよう.安定関係に関してはマグマに同じ.

安定閉包

半群𝑆𝑆上の関係を与える.

安定閉包は,以下に等しい. 𝑆 𝑆

関係の正規閉包

半群𝑆𝑆上の関係を与える.

正規閉包 ncl に関して,以下が成り立つ. ncl = 𝑛 = 0 ( 𝑆 ( op ) ( op ) 𝑆 ) 𝑛

合同正規関係)に関してはマグマに同じ.

商半群

半群𝑆を与える.

  • 𝑆誘導する合同に対し, 𝑆 は自然な積 𝑥 , 𝑦 𝑆 , [ 𝑥 ] [ 𝑦 ] [ 𝑥 𝑦 ] に対して半群をなす.これをによる商半群と呼ぶ.

同型定理

第一同型定理
半群𝑆,𝑇準同型 𝑓 : 𝑆 𝑇 を与えると,以下が成り立つ.

半群の圏

反対半群

半群𝑆を与える. 集合𝑆に積を 𝑥 , 𝑦 𝑆 , 𝑥 𝑦 𝑦 𝑆 𝑥 により定義したものを,𝑆反対半群と呼び, 𝑆 op と表す.

自由半群

自由半群

(文字の)集合𝐴を与える.

(集合)𝐴上の自由半群(free semigroup)とは,以下のデータからなる.

形式的には上のようになるが,語(文字列)を数学的な列というより,「普通の」文字列として𝑠𝑒𝑚𝑖𝑔𝑟𝑜𝑢𝑝のように書く慣習である.

自由半群は半群

集合上の自由半群半群をなす.

半群の表示

集合𝐴𝐴上の自由半群 𝛺 𝐴 を与える.

以下の方法で表される半群を,半群の表示と呼ぶ.

このとき(半群の生成系と同じ意味で)𝑋生成系(generators)と呼ぶ.また,関係またはその正規閉包のことを関係(式)(relation)と呼ぶことがある.

非自明な関係

集合𝐴𝐴上の自由半群 𝛺 𝐴 を与える.

半群の表示に対する以下の関係のことを非自明な関係と呼ぶ.

有限表示

生成系が有限な半群の表示有限表示と呼ぶ.

半群の表示の性質