Neutralt element
Ett neutralt element, identitetselement eller enhetselement Àr inom matematiken en speciell sorts element i en mÀngd med avseende pÄ en binÀr operator pÄ mÀngden.
LÄt S vara en magma, det vill sÀga mÀngd med en binÀr operator * pÄ sig. DÄ Àr ett element e i S ett vÀnsterneutralt element om e * a = a för alla a i S, och ett högerneutralt element om a * e = a för alla a i S. Om e Àr bÄde ett vÀnsterneutralt element och ett högerneutralt element kallas det för ett tvÄsidigt neutralt element eller helt enkelt för ett neutralt element. Termen neutralt element (utan ytterligare angivelser) anvÀnds enbart om tvÄsidiga neutrala element.
Dessa element benÀmns pÄ mÄnga olika sÀtt. Vilken term som anvÀnds beror bland annat pÄ hur man uppfattar operationen. TÀnker man sig den som ungefÀr en funktionssammansÀttning, anvÀnds ofta termen identitetselement eller identitet. Uppfattas den som en multiplikation, sÄ Àr enhetselement, enhet eller etta vanliga termer. Enhetselement eller enhet Àr mycket vanlig som term i gruppteorin. Om man uppfattar och betecknar operationen som nÄgon sorts addition, sÄ kan man anvÀnda nollelement eller nolla. Termen neutralt element anvÀnds i samtliga dessa situationer.
De mest allmÀnt kÀnda exemplen pÄ neutrala element Àr talet 0, som Àr neutralt element för vanlig addition, och talet 1, som Àr neutralt element för vanlig multiplikation. (HÀr Àr S det talomrÄde man för nÀrvarande arbetar med; ofta mÀngden R av reella tal.) Att de Àr neutrala element betyder att de har de vÀlbekanta egenskaperna att
- a + 0 = 0 + a = a och  a · 1 = 1 · a = a
för varje (reellt) tal a.
Unicitetsegenskaper
[redigera | redigera wikitext]Det Àr möjligt för (S,*) att ha flera olika vÀnsterneutrala element. Varje element kan vara ett vÀnsterneutralt element. Om exempelvis S enbart har tvÄ element, e och f, och operatorn * definieras genom e * e = f * e = e och f * f = e * f = f, sÄ Àr bÄde e och f vÀnsterneutrala element, men det finns inga höger- eller tvÄsidiga neutrala element.
PÄ samma sÀtt kan det finnas flera högerneutrala element. Men om det finns bÄde ett högerneutralt och ett vÀnsterneutralt element, sÄ Àr dessa lika och det finns endast ett (tvÄsidigt) neutralt element. För att se detta notera att om v Àr ett vÀnsterneutralt element och h Àr ett högerneutralt element sÄ Àr v = v * h = h.
Speciellt kan alltsÄ S ha högst ett neutralt element.
Exempel
[redigera | redigera wikitext]Det Àr mycket vanligt att de magmor man betraktar har neutrala element. Varje grupp och allmÀnnare varje monoid har ju definitionsmÀssigt ett enhetselement (alltsÄ ett neutralt element). Magmor med neutrala element, som kallas "unitÀra magmor" i Bourbaki,[1] kan uppfattas som en generalisering av monoider. Detta synsÀtt kan motivera att man anvÀnder termen "enhetselement" allmÀnt.
En annan mycket allmÀn konstruktion Àr följande:
- Om M Àr en mÀngd, S Àr mÀngden av alla funktioner frÄn M till M sjÀlv, och operationen Àr funktionssammansÀttning, sÄ Àr identitetsavbildningen Id det neutrala elementet, eftersom f(Id(x)) = f(x) = Id(f(x)) för varje x i M. Id Àr ocksÄ det neutrala elementet om S Àr en delmonoid av denna mÀngd av funktioner, exempelvis mÀngden av alla linjÀra avbildningar frÄn ett vektorrum till sig sjÀlvt.
Om (S,*) Àr en godtycklig magma, sÄ definierar * en "verkan" av S pÄ S, genom att man till varje element a i S tillordnar funktionen fa frÄn S till S, definierad genom föreskriften
        fa(x) = a*x för varje x i S.
Om dessutom operationen * Àr associativ, sÄ ger detta en representation av magman i funktionsmonoiden, eftersom dÄ
        för alla a och b i S.
PÄ detta sÀtt kan man identifiera mÄnga halvgrupper med funktionsmÀngder, och dÀrmed identifiera det neutrala elementet med en identitetsavbildning. Detta synsÀtt kan motivera att man anvÀnder termen "identitetselement" allmÀnt.
Ytterligare exempel pÄ tvÄsidiga neutrala element
[redigera | redigera wikitext]- 0 Àr neutralt element under addition av reella tal eftersom A+0 = 0+A = A.
- 1 Àr neutralt element under multiplikation av reella tal eftersom A·1 = 1·A = A.
- Litet allmÀnnare gÀller att en unitÀr ring har tvÄ operationer, och ett neutralt element för vardera, en "nolla" och en "etta". Till exempel, om (S,*) betecknar de reella talen med addition, sÄ Àr 0 ett neutralt element. Om (S,*) betecknar de reella talen med multiplikation, Àr 1 ett neutralt element.
- Om (S,*) betecknar m-gÄnger-n matriser med addition, sÄ Àr nollmatrisen av denna typ ett neutralt element.
- Om (S,*) betecknar n-gÄnger-n matriser med multiplikation, sÄ Àr enhetsmatrisen av denna typ ett neutralt element.
- I ett vektorrum Àr nollvektorn det neutrala elementet för vektoraddition.
- Om S Àr mÀngden av alla delmÀngder till en mÀngd M, sÄ Àr den tomma mÀngden det neutrala elementet för operationen (union), och M det neutrala elementet för operationen (skÀrning).
- Om S = N, mÀngden av naturliga tal, och * Àr operationen att ta ut det största av tvÄ element, alltsÄ definieras genom
        om men annars),
sÄ Àr 0 det neutrala elementet.
NÄgra exempel pÄ enbart ensidiga neutrala element
[redigera | redigera wikitext]- Om S = Z+, mÀngden av positiva heltal, och * Àr "upphöjt till", exponentieringsoperatorn, och alltsÄ definieras genom
       Â
sÄ saknar * neutralt element. DÀremot har * ett enda högerneutralt element, nÀmligen 1. - Om S Àr en mÀngd med minst tvÄ element, och * Àr projektionen[förtydliga] pÄ första argumentet, det vill sÀga definieras sÄ att x * Y = x för varje x och varje y i S, sÄ Àr varje element i S ett högerneutralt element. DÀremot saknar S vÀnsterneutrala element, och alltsÄ Àven (tvÄsidiga) neutrala element.
Se Àven
[redigera | redigera wikitext]Referenser
[redigera | redigera wikitext]- â N. Bourbaki: AlgĂšbre I, §2, No 1, dĂ©finition 2; nouvelle Ă©dition, Paris, 1970