可逆元





单位又被称为可逆元。在數學裡,於一(有单位的)環 R{displaystyle R,}R,內的可逆元是指一 R{displaystyle R,}R,的可逆元素,即一元素 u{displaystyle u,}u ,使得存在一於 R{displaystyle R,}R,內的 v{displaystyle v,}v ,有下列性質:
uv=vu=1R{displaystyle uv=vu=1_{R},}{displaystyle uv=vu=1_{R},},其中 1R{displaystyle 1_{R},}{displaystyle 1_{R},}是乘法單位元。


亦即, u{displaystyle u,}u ,R{displaystyle R,}R,內乘法幺半群的一可逆元素。



可逆元群


R{displaystyle R,}R,的可逆元組成了一於乘法下的群U(R){displaystyle U(R),}{displaystyle U(R),} ,稱做 R{displaystyle R,}R,可逆元群。可逆元群U(R)有時亦被標記成R*R×


在一可交換單作環R內,可逆元群U(R)以乘法作用於R上頭。此一作用的軌道(orbit)被稱為結合集合;換句話說,存在一於R上的等價關係 ~ ,且當r~s時,表示存在一可逆元u使得r=us


U是一由環範疇至群範疇的函子:每一個環同態 f : RS 都可導出一群同態U(f) : U(R) → U(S),當f會將可逆元映射至可逆元時。此一函數子有為整數群環結構的左伴隨。


一個環R是一個除環若且唯若R* = R {0}。



例子


  • 在整數環Z{displaystyle mathbb {Z} }mathbb {Z} 裡,可逆元為±1。其每一軌道內都有兩個元素n和−n


  • 任一單位根均是某一單作環R{displaystyle R}R內的可逆元。(若r{displaystyle r}r是一單位根,且rn=1{displaystyle r^{n}=1}{displaystyle r^{n}=1},則r−1=rn−1{displaystyle r^{-1}=r^{n-1}}{displaystyle r^{-1}=r^{n-1}}亦為R{displaystyle R}R的元素)。

  • 在代數數論裡,狄利克雷单位定理證明了許多代數整數環內可逆元的存在域。例如,在環Z(5){displaystyle mathbb {Z} ({sqrt {5}})}{displaystyle mathbb {Z} ({sqrt {5}})}(5+2)(5−2)=1{displaystyle ({sqrt {5}}+2)({sqrt {5}}-2)=1}{displaystyle ({sqrt {5}}+2)({sqrt {5}}-2)=1},因此(5+2),(5−2),1{displaystyle ({sqrt {5}}+2),({sqrt {5}}-2),1}{displaystyle ({sqrt {5}}+2),({sqrt {5}}-2),1}都是可逆元。

  • 在環M(n,F){displaystyle M(n,F)}{displaystyle M(n,F)},於一體F{displaystyle F}F上的n{displaystyle ntimes n}ntimes n矩陣內,其可逆元恰好就是可逆矩陣。





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