Кіріспе
Магма латындық квадрат қасиетін сақтайды. Математикада, әсіресе абстрактілік алгебрада, квазитоп – "бөлу" әрқашан мүмкін болатын, топқа ұқсас алгебралық құрылым. Квазитоптар топтардан негізінен ассоциативтік және бейтарап элемент қасиеттері міндетті емес екендігімен ерекшеленеді. Бейтарап элементі бар квазитоп цикл деп аталады.
In mathematics, especially in abstract algebra, a quasigroup is an algebraic structure resembling a group in the sense that "division" is always possible. Quasigroups differ from groups mainly in that the associative and identity element properties are optional. A quasigroup with an identity element is called a loop.
Анықтамалар
Квазитоптың кем дегенде екі құрылымдық жағынан эквивалентті ресми анықтамасы бар. Бірі квазитопты бір бинарлық операциясы бар жиын ретінде, ал екіншісі, жалпы алгебрадан, квазитопты үш түпкілікті операциясы бар деп анықтайды. Бірақ, жалғыз бинарлық операциямен анықталған квазитоптың гомоморфты бейнесі міндетті түрде квазитоп болмайды. Бірінші анықтамадан бастаймыз.
Үштік
Квазитоп жартылай симметриялық үштік қасиетті көрсетуі мүмкін.
Жалпы симметрия
Тар класс – бұл толық симметриялық квазитоп (кейде TS квазитопы деп қысқартылады), онда барлық конъюгаттар бір операция ретінде келіседі: 1=x ∗ y = x / y = x \ y. Толық симметриялық квазитопты (осы ұғымды) анықтаудың тағы бір жолы – коммутативті жартылай симметриялық квазитоп, яғни 1=x ∗ y = y ∗ x. Идемпотентті толық симметриялық квазитоптар дәл (яғни биекция арқылы) Штайнер үштіктерімен сәйкес келеді, сондықтан мұндай квазитопты Штайнер квазитопы деп те атайды, ал кейде соңғысы тіпті сквог деп қысқартылады. Слюп термині циклдар үшін аналогты білдіреді, атап айтқанда, 1=x ∗ x = 1 шартын қанағаттандыратын толық симметриялық циклдарды (1=x ∗ x = x емес). Идемпотенттілік болмаған жағдайда, толық симметриялық квазитоптар кеңейтілген Штайнер үштігінің геометриялық ұғымына сәйкес келеді, оны Жалпыланған Эллипстік Кубикалық Сызық (GECC) деп те атайды.
Idempotent total symmetric quasigroups are precisely (i. e. in a bijection with) Steiner triples, so such a quasigroup is also called a Steiner quasigroup, and sometimes the latter is even abbreviated as squag. The term sloop refers to an analogue for loops, namely, totally symmetric loops that satisfy 1=x ∗ x = 1 instead of 1=x ∗ x = x. Without idempotency, total symmetric quasigroups correspond to the geometric notion of extended Steiner triple, also called Generalized Elliptic Cubic Curve (GECC).
Мысалдар
Әрбір топ – цикл болып табылады, өйткені 1=a ∗ x = b егер және тек қана 1=x = a−1 ∗ b болса, ал 1=y ∗ a = b егер және тек қана 1=y = b ∗ a−1 болса. Бүтін сандар Z (немесе рационал сандар Q немесе нақты сандар R) азайтумен (−) квазитоп құрайды. Бұл квазитоптар цикл емес, өйткені сәйкестік элементі жоқ (0 – оң жақ сәйкестік, өйткені 1=a − 0 = a, бірақ сол жақ сәйкестік емес, өйткені, жалпы алғанда, 1=0 − a ≠ a). Нөлден өзгеше рационал сандар Q× (немесе нөлден өзгеше нақты сандар R×) бөлумен (÷) квазитоп құрайды. 2-ге тең емес сипаттамасы бар кез келген өрістегі кез келген векторлық кеңістік 1=x ∗ y = (x + y) / 2 операциясы бойынша идемпотентті, коммутативті квазитоп құрайды. Кез келген Штайнер үштігі жүйесі идемпотентті, коммутативті квазитопты анықтайды: 1=a ∗ b – a және b кіретін үштіктің үшінші элементі. Бұл квазитоптар квазитоптағы барлық x және y үшін 1=(x ∗ y) ∗ y = x теңдігін де қанағаттандырады. Бұл квазитоптар Штайнер квазитоптары деп аталады. 1=ii = jj = kk = +1 және кватернион тобындағыдай барлық басқа көбейтулер 8-ретті ассоциативті емес цикл құрайды. Қолданылуы үшін гиперболалық кватерниондарды қараңыз. (Гиперболалық кватерниондардың өзі цикл немесе квазитоп құрамайды.) Нөлден өзгеше октониондар көбейту кезінде ассоциативті емес цикл құрайды. Октониондар – Муфанг циклы деп аталатын циклдің ерекше түрі. Ассоциативті квазитоп бос немесе топ болып табылады, өйткені егер кем дегенде бір элемент болса, квазитоптың екілік операциясының инвертибелдігі ассоциативтілікпен біріктіріледі, бұл сәйкестік элементінің бар екенін білдіреді, бұл кері элементтердің бар екенін білдіреді, осылайша топтың барлық үш талабын қанағаттандырады. Келесі құрылысты Ханс Зассенхаус жасаған. Төрт өлшемді векторлық кеңістіктің негізгі жиынтығында F4, 3 элементті Galois өрісі 1=F = Z/3Z анықтаңыз: (x1, x2, x3, x4) ∗ (y1, y2, y3, y4) = (x1, x2, x3, x4) + (y1, y2, y3, y4) + (0, 0, 0, (x3 − y3)(x1y2 − x2y1)). Содан кейін (F4, ∗) – бұл топ емес коммутативті Муфанг циклы. Жалпы алғанда, кез келген бөліну алгебрасының нөлге тең емес элементтері алгебрадағы көбейту операциясымен квазитоп құрайды.
(x1, x2, x3, x4) ∗ (y1, y2, y3, y4) = (x1, x2, x3, x4) + (y1, y2, y3, y4) + (0, 0, 0, (x3 − y3)(x1y2 − x2y1)). Then, (F4, ∗) is a commutative Moufang loop that is not a group. More generally, the nonzero elements of any division algebra form a quasigroup with the operation of multiplication in the algebra.
Қасиеттері
Мақаланың қалған бөлігінде квазитоп көбейтуді жай ғана қатар қою арқылы белгілейміз. Квазитоптар жойғыш қасиетке ие: егер 1=ab = ac болса, онда 1=b = c. Бұл ab немесе ac-ті a-ға бөлудің бірегейлігінен келіп шығады. Сол сияқты, егер 1=ba = ca болса, онда 1=b = c. Квазитоптардың латын квадраты қасиеті 1=xy = z теңдестігіндегі үш айнымалының кез келген екісі берілген жағдайда, үшінші айнымалы бірегей түрде анықталады дегенді көрсетеді.
The Latin square property of quasigroups implies that, given any two of the three variables in 1=xy = z, the third variable is uniquely determined.
Латын квадраттары
Шекті квазитоптың көбейту кестесі латын квадраты болып табылады: әр таңба әр қатарда және әр бағанда бір реттен ғана кездесетін n түрлі символдармен толтырылған n × n кесте. Керісінше, кез келген латын квадратын квазитоптың көбейту кестесі ретінде қарастыруға болады: шекаралық қатар (баған атауларын қамтитын) және шекаралық баған (қатар атауларын қамтитын) элементтердің кез келген өрнегін (пермутациясын) құрай алады. Кішкентай латын квадраттары мен квазитоптарға қараңыз.
Шексіз квазитоптар
Санауға болатын шексіз Q квазитобы үшін, әр қатар мен әр баған Q-ның бір элементіне сәйкес келетін шексіз массивті елестетуге болады, ал a ∗ b элементі a-ға сәйкес келетін қатарда және b-ге сәйкес келетін бағанда орналасады. Мұндай жағдайда латын квадратының қасиеті бойынша, шексіз массивтің әр қатары мен әр бағаны барлық мүмкін мәндерді дәл бір рет қамтиды. Сансыз шексіз квазитоп үшін, мысалы, көбейту бойынша нөлдік емес нақты сандар тобы үшін де латын квадратының қасиеті сақталады, бірақ бұл атау толыққанды қанағаттандырмайды, себебі жоғарыдағы шексіз массив идеясын кеңейтетін комбинациялар массивін құру мүмкін емес, өйткені нақты сандарды толық тізбек түрінде жазуға болмайды. (Дегенмен, бұл шатастыруға болады, өйткені жақсы реттеу теоремасын қабылдаса, нақты сандарды белгілі бір ұзындықтағы тізбек түрінде жазуға болады.)
Морфизмдер
Квазитоп немесе цикл гомоморфизмі – екі квазитоп арасындағы f: Q → P бейнелеуі, онда 1=f(xy) = f(x)f(y) теңдігі орындалады. Квазитоптық гомоморфизмдер сол және оң бөлуді, сондай-ақ сәйкестік элементтерін (бар болған жағдайда) міндетті түрде сақтайды.
Гомотопия және изотопия
Q және P квазитоптар болсын. Q-дан P-ге дейінгі квазитоп гомотопиясы – Q-дан P-ге дейінгі карталардың үштігі (α, β, γ) болып табылады, яғни Q-дағы барлық x, y үшін. Квазитоптық гомоморфизм – бұл үш карта тең болатын гомотопия. Изотопия – үш картаның (α, β, γ) әрқайсысы біекция болатын гомотопия. Егер екі квазитоптың арасында изотопия болса, онда олар изотопты болады. Латын квадраттары тұрғысынан, изотопия (α, β, γ) α қатарлардың пермутациясы, β бағаналардың пермутациясы және γ негізгі элементтер жиынының пермутациясы арқылы беріледі. Автотоп – квазитоптың өзіне изотопиясы. Квазитоптың барлық автотопиялары жиыны автоморфизм тобымен субтоп ретінде топ құрайды. Кез келген квазитоп циклге изотопты болады. Егер цикл топқа изотопты болса, онда ол сол топқа изоморфты, демек өзі топ болып табылады. Дегенмен, топқа изотопты квазитоп міндетті түрде топқа айналуы керек емес. Мысалы, R-дегі (x, y) ↦ (x + y)/2 көбейту арқылы анықталған квазитоп (R, +) қосымша топқа изотопты, бірақ өзі топ емес, себебі оның нейтраль элементі жоқ. Брук-Тойода теоремасы бойынша, кез келген медиалды квазитоп абельдік топқа изотопты болады.
for all x, y in Q. A quasigroup homomorphism is just a homotopy for which the three maps are equal. An isotopy is a homotopy for which each of the three maps (α, β, γ) is a bijection. Two quasigroups are isotopic if there is an isotopy between them. In terms of Latin squares, an isotopy (α, β, γ) is given by a permutation of rows α, a permutation of columns β, and a permutation on the underlying element set γ. An autotopy is an isotopy from a quasigroup to itself. The set of all autotopies of a quasigroup forms a group with the automorphism group as a subgroup. Every quasigroup is isotopic to a loop. If a loop is isotopic to a group, then it is isomorphic to that group and thus is itself a group. However, a quasigroup that is isotopic to a group need not be a group. For example, the quasigroup on R with multiplication given by (x, y) ↦ (x + y)/2 is isotopic to the additive group (R, +), but is not itself a group as it has no identity element. Every medial quasigroup is isotopic to an abelian group by the Bruck–Toyoda theorem.
Конъюгация (парастрофа)
Сол және оң бөлу – анықтамалық теңдеудегі айнымалыларды өзгерту арқылы квазитоп құрудың мысалы. Бастапқы операциядан (яғни, 1=x ∗ y = z) бес жаңа операция жасауға болады: 1=x o y := y ∗ x (кері операция), / және \, және олардың керілері. Бұл операциялардың барлығы – ∗ квазитопының жұптасқандары немесе парастрофалары деп аталады. Кез келген екі операция бір-біріне (және өзіне) «жұптасқан» немесе «парастрофикалық» деп айтылады.
Изостроф (паратопия)
Егер Q жиынында екі квазитоп операциясы болса, ∗ және ·, және олардың біреуі екіншісінің конъюгатына изотоптық болса, онда осы операциялар бір-біріне изострофтық деп айтылады. Осы "изострофия" қатынасына басқа да көптеген атаулар бар, мысалы, паратопия.
Полиадты немесе мультиарлы квазитоптар
Сансыз квазитоп – n-арлық операциясы бар жиынтық, (Q, f), мұнда f: Qn → Q, және 1=f(x1, ..., xn) = y теңдеуінің кез келген бір айнымалы үшін бірегей шешімі бар, егер қалған n айнымалы кездейсоқ түрде берілсе. Полиадтық немесе мультиарлық дегеніміз – n-арлық, яғни n – теріс емес бүтін сан. 0-арлық, немесе нулярлық квазитоп – Q жиынтығының тұрақты элементі. 1-арлық, немесе унарлық квазитоп – Q-ның өзіне биекциясы. Бинарлық, немесе 2-арлық квазитоп – қарапайым квазитоп. Көп-арлық квазитоптың мысалы – итерацияланған топ операциясы, 1=y = x1 · x2 · ... · xn; топ ассоциативті болғандықтан, операциялардың ретін көрсету үшін жақшалар қолданудың қажеті жоқ. Операциялардың реті белгіленген жағдайда, бір немесе әртүрлі топтық немесе квазитоптық операциялардың кез келген тізбегін орындау арқылы көп-арлық квазитопты құруға болады. Осы тәсілдердің ешқайсысымен көрсетілмейтін көп-арлық квазитоптар да бар. Егер оның операциясын мынадай түрде екі операцияның композициясына келтірмесе, онда n-арлық квазитоп азайтылмайды: мұнда 1 ≤ i < j ≤ n және (i, j) ≠ (1, n). Барлық n > 2 үшін шекті азайтылмайтын n-арлық квазитоптар бар; толық мәліметтер үшін Akivis and Goldberg (2001) еңбегіне қараңыз. Ассоциативтіліктің n-арлық нұсқасына ие n-арлық квазитоп n-арлық топ деп аталады.
A 0 ary, or nullary, quasigroup is just a constant element of Q. A 1 ary, or unary, quasigroup is a bijection of Q to itself. A binary, or 2 ary, quasigroup is an ordinary quasigroup. An example of a multiary quasigroup is an iterated group operation, 1=y = x1 · x2 · ··· · xn; it is not necessary to use parentheses to specify the order of operations because the group is associative. One can also form a multiary quasigroup by carrying out any sequence of the same or different group or quasigroup operations, if the order of operations is specified. There exist multiary quasigroups that cannot be represented in any of these ways. An n ary quasigroup is irreducible if its operation cannot be factored into the composition of two operations in the following way:
where 1 ≤ i < j ≤ n and (i, j) ≠ (1, n). Finite irreducible n ary quasigroups exist for all n > 2; see Akivis and Goldberg (2001) for details. An n ary quasigroup with an n ary version of associativity is called an n ary group.