近世代数之集合与映射

2023-09-21 13:48:48

近世代数之集合与映射


近世代数为密码学基础,因此想要补充一下这方面的相关概念与性质,因此进行记录与分享。主要参考书籍为《近世代数基础》-张禾瑞

集合:(有限或者无限个)固定事物的全体叫做一个集合。
元素:组成一个集合的事物叫做这个集合的元素
空集合:一个没有元素的集合叫做空集合
子集:若集合B的每一个元素都属于集合A,则说,B为A的子集,可记为 B ∈ A B\in A BA;否则,B不是A的子集,记为 B ∉ A B\notin A B/A
真子集:若集合B是集合A的子集,而且至少有一个A的元素不属于B,则说B为A的真子集。
交集:集合A与集合B的所有共同元组成的集合叫做AB的交集,记为 A ∩ B A\cap B AB
并集:由至少属于集合A和B之一的元素组成的集合叫做A和B的并集,记为 A ∪ B A\cup B AB
映射:对于n个集合 A i , i = 1 , . . . , n A_i,i=1,...,n Ai,i=1,...,n和另外一个集合D。假如通过一个法则 ϕ \phi ϕ,对于任何一个 A 1 × A 2 × . . . × A n A_1 \times A_2 \times ...\times A_n A1×A2×...×An的元( a 1 , a 2 , . . . , a n a_1,a_2,...,a_n a1,a2,...,an)( a i ∈ A i a_i \in A_i aiAi),都能得到唯一的 D D D的一个映射;元 d d d叫做元 a 1 , a 2 , . . . , a n a_1,a_2,...,a_n a1,a2,...,an在映射 ϕ \phi ϕ之下的;元( a 1 , a 2 , . . . , a n a_1,a_2,...,a_n a1,a2,...,an)叫做元 d d d在映射 ϕ \phi ϕ之下的逆象
映射关系可记为 ϕ : ( a 1 , a 2 , . . . , a n ) → d = ϕ ( a 1 , a 2 , . . . , a n ) \phi :(a_1,a_2,...,a_n)\to d=\phi (a_1,a_2,...,a_n) ϕ(a1,a2,...,an)d=ϕ(a1,a2,...,an)
总结:映射一定是每一个元在映射关系下有且唯一有一个象。
代数运算:一个 A × B A \times B A×B D D D的映射叫做一个 A × B A \times B A×B D D D的代数运算。可以由 ∘ \circ 来表示: ( a , b ) → d = ∘ ( a , b ) (a,b)\to d=\circ (a,b) (a,b)d=(a,b)。为了方便起见,可写成 ( a , b ) → d = a ∘ b (a,b)\to d=a \circ b (a,b)d=ab
二元运算:假如 ∘ \circ 是一个 A × A A\times A A×A A A A的代数运算。我们就说,集合 A A A对于代数运算 ∘ \circ 来说是闭的,也就是说 ∘ \circ A A A的代数运算或二元运算
结合律:一个集合 A A A的代数运算 ∘ \circ 适合结合律,假如对于 A A A的任何三个元 a , b , c a,b,c a,b,c来说都有, ( a ∘ b ) ∘ c = a ∘ ( b ∘ c ) (a\circ b)\circ c= a\circ (b\circ c) (ab)c=a(bc)
定义:假如对于 A A A n n n个固定元 a 1 , a 2 , . . . , a n a_1,a_2,...,a_n a1,a2,...,an来说,所有的 π ( a 1 , . . , a n ) \pi(a_1,..,a_n) π(a1,..,an)都相等,我们就可以由这些步骤可以得到的唯一结果,用 a 1 ∘ a 2 ∘ . . . ∘ a n a_1\circ a_2\circ ...\circ a_n a1a2...an来表示。
交换律:一个集合 A A A的代数运算 ∘ \circ 适合于交换律,假如对于 A A A的任何两个元 a , b a,b a,b来说,都有 a ∘ b = b ∘ a a\circ b=b\circ a ab=ba

结合律与交换律都是同一种代数运算发生关系。分配律师两种代数运算发生关系的一种规律。
第一分配律:如果对于 B B B的任何 b b b A A A的任何 a 1 , a 2 , . . . , a n a_1,a_2,...,a_n a1,a2,...,an来说满足 b ⊙ ( a 1 ⊕ a 2 ) = ( b ⊙ a 1 ) ⊕ ( b ⊙ a 2 ) b\odot \left ( a_1\oplus a_2 \right ) =\left ( b\odot a_1 \right ) \oplus \left ( b\odot a_2 \right ) b(a1a2)=(ba1)(ba2),则说运算 ⊕ , ⊙ \oplus , \odot ,满足第一个分配律。
第二分配律:如果对于 B B B的任何 b b b A A A的任何 a 1 , a 2 a_1,a_2 a1,a2来说满足 ( a 1 ⊕ a 2 ) ⊙ b = ( a 1 ⊙ b ) ⊕ ( a 2 ⊙ b ) (a_1\oplus a_2)\odot b=\left ( a_1\odot b \right ) \oplus \left ( a_2\odot b \right ) (a1a2)b=(a1b)(a2b),则说运算 ⊕ , ⊙ \oplus , \odot ,满足第二分配律。
满射:若是在一个集合 A A A到集合 A ˉ \bar{A} Aˉ的映射 ϕ \phi ϕ下, A ˉ \bar{A} Aˉ的每一个元都至少是 A A A中某一个元的象,那么 ϕ \phi ϕ叫做一个 A A A A ˉ \bar{A} Aˉ的满射。
单射:一个集合 A A A到集合 A ˉ \bar{A} Aˉ的映射 ϕ \phi ϕ a → a ˉ a\to\bar{a} aaˉ叫做 A A A A ˉ \bar{A} Aˉ的单射,假如 a ≠ b ⇒ a ˉ ≠ b ˉ a \ne b\Rightarrow\bar{a}\ne\bar{b} a=baˉ=bˉ
一一映射:假如一个集合 A A A到集合 A ˉ \bar{A} Aˉ的映射既满足满射又满足单射,那么映射叫做一一映射。

在一个 A A A A ˉ \bar{A} Aˉ间的一一映射之下, A ˉ \bar{A} Aˉ的每一个元都是而且只是 A A A里面一个元的象。

变换:一个 A A A A A A的映射叫做 A A A的一个变换。
同态:一个 A A A A ˉ \bar{A} Aˉ的映射 ϕ \phi ϕ,叫做一个对于代数运算 ∘ \circ ∘ ˉ \bar{\circ } ˉ来说的, A A A A ˉ \bar{A} Aˉ同态映射,假如,在 ϕ \phi ϕ之下,不管 a a a b b b A A A的哪两个元,只要: a → a ˉ , b → b ˉ a\to \bar{a},b\to \bar{b} aaˉ,bbˉ就有 a ∘ b → a ˉ ∘ ˉ b ˉ a\circ b\to \bar{a} \bar{\circ}\bar{b} abaˉˉbˉ
同态满射:假如对于代数运算 ∘ \circ ∘ ˉ \bar{\circ } ˉ来说,有一个 A A A A ˉ \bar{A} Aˉ的满射的同态映射存在,我们就说,这个映射是一个同态满射。对于代数运算 ∘ \circ ∘ ˉ \bar{\circ } ˉ来说, A A A A ˉ \bar{A} Aˉ同态。
定理:对于代数运算 ∘ \circ ∘ ˉ \bar{\circ } ˉ来说, A A A A ˉ \bar{A} Aˉ同态,那么(i)若 ∘ \circ 适合结合律, ∘ ˉ \bar{\circ } ˉ也适合结合律。(ii)若 ∘ \circ 适合交换律, ∘ ˉ \bar{\circ } ˉ也适合交换律。
同构映射:一个 A A A A ˉ \bar{A} Aˉ间的一一映射 ϕ \phi ϕ是一个对于代数运算 ∘ \circ ∘ ˉ \bar{\circ } ˉ来说的, A A A A ˉ \bar{A} Aˉ间的同构映射(简称同构),假如在 ϕ \phi ϕ之下,不管 a a a b b b A A A的哪两个元,只要: a → a ˉ , b → b ˉ a\to \bar{a},b\to \bar{b} aaˉ,bbˉ就有 a ∘ b → a ˉ ∘ ˉ b ˉ a\circ b\to \bar{a} \bar{\circ}\bar{b} abaˉˉbˉ。记为 A ≅ A ˉ A\cong\bar{A} AAˉ
自同构:对于 ∘ \circ ∘ \circ 来说的一个 A A A A A A之间的同构映射叫做一个对于 ∘ \circ 来说的 A A A的自同构。

这一章节将介绍群论,希望坚持更新,加油!

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