集合Λ上的简单半格Γ确定的二元关系半群PΓ(Λ×Λ)的幂等元和极大子群
2021-04-22
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2018年5月 西南民族大学学报(自然科学版) Journal of Southwest Minzu University(Natural Science Edition) M.dv.2018 V01.44 No.3 第44卷第3期 doi.10.1l920/xnmdzk.2018.O3.017 集合A上的简单半格r确定的二元关系半群 Pr(A×A)的幂等元和极大子群 林屏峰 (西南民族大学预科教育学院,四川 成都610041) 摘 要:设A是任意的非空集合,r是集合A上的简单半格,P (A×A)是集合A上的简单半格r确定的二元关系半 群,也是集合A上半格r确定的二元关系半群中的一类特殊的半群.首先通过简单半格的性质和利用集合A上半格r 确定的二元关系半群的Green一关系已有的结论,刻画了半群P (A×A)的幂等元,从而得到半群Pr(A×A)的所有幂 等元构成一个子半群.根据幂等元的结构,证明了半群 (A×A)的极大子群是由一个幂等元构成的单位元群. 关键词:二元关系半群;集合上的简单半格;幂等元;链;极大子群 中图分类号:0152.7 文献标志码:A 文章编号:20954271(2018)03 ̄326-05 Idempotents and maximal subgroups of semigroup Pr(A x A)of binary relations determined by the simple semilattice F on the set A LIN Ping—feng (School of Preparatory Courses,Southwest Minzu University,Chengdu 610041,P.R.C.) Abstract:Let A be an arbitrary nonempty set,and F be a simple senfilattiee on the set A,Pr(A×A)is a semigroup of binay rrelations determined by the simple semilattice Fon the set A,and also a kind of special semigroup in the binary relation semig— roups determined by the semilattice on the set.In the semigroup Pr(A x A),by using the existing conclusions of the Green’S relations and properties of the simple semilattice.the idempotents are characterized.and the set of aⅡidempotents forms a sub— semigroup.According to the idempotent structure,it is proved that the maximal subgroup of the semigroup Pr(A x A)is a unit group composed of an idempotent. Key words:senfigroup of binary relations;simple smilattice on the set;idempotent;chain;maximal subgroup 上世纪九十年代末,Ralpha N.Mckenzie和Boris J.Konieczny 对集合上的二元关系半群的正则元也 进行了研究.二十世纪七、八十年代,Karen Chase在 文献[6-8]中构造了夹心二元关系半群,并研究了这 M.Schein在文献[1]中指出,任意半群都可以同构于 某个二元关系半群的子半群,这说明对二元关系半群 的研究具有非常重要的意义.对二元关系半群的研究 类半群的基本性质和极大子群.本世纪初,作者在文 献[9—10]通过推广Karen Chase的夹心二元关系半 群,获得从一个集合到另一个集合的二元关系半群, 并且对其中一类进行了深入研究.虽已取得许多成 果,但是对二元关系半群的研究却还未完成.近年来, 始于二十世纪中叶,R.J.Plemmons_2剖等人对集合上 的二元关系半群的进行了研究,获得了一些基本性质 和一些子半群结构;S.Schwarz 对集合上的二元关 系半群的幂等元进行了研究.至本世纪初, 收稿日期:2017—11—15 作者简介:林屏峰(1982一),男,讲师,研究方向:半群代数.E—mail:P.f’lin@126.COrn 基金项目:中央高校基本科研业务费专项项目(2015NZYQN38) 第3期 林屏峰:集合A上的简单半格F确定的二元关系半群P (A X A)的幂等元和极大子群 327 作者在文献[10.14]中利用半格的性质构造了集合上 的半格确定的二元关系半群,并且对这类半群的 Green一关系、一些特殊元(幂等元、不可分解元)进行 了深入的研究.作者将在文献[10—14]的基础之上,对 集合上的一类特殊半格确定的二元关系半群进行了 系统的研究,获得了幂等元的结构和极大子群. 下面给出需要使用的重要符号和概念,主要来源 于文献[12]. 设A是一个非空集合,令P(A)={U:U A}, P (A)={U: c U A}.集合P(A)关于集合的 并运算构成一个半格.若r是P(A)的一个子半格, 则称r是集合A上的一个半格.设r是集合A上的 一个半格,令sup(r)= V,则sup(F)是r的最大 E J 元. 设rain(F)是集合A上的半格r的所有极小元 构成的集合.则显然有下列性质: 引理1设r是集合A上的半格,U∈F,U∈ arin(F).若 ,则U=U. 设A是一个非空集合,令P(A XA)={ =U X f(厂, Af,即尸(A X A)是A上的所有二元关系 构成的集合.设P∈P(A×A),F是集合A上的一个 半格.定义如下集合, (p,r):{pK:K∈r),则显 然 (p,r)也是集合A上的一个半格. 设.厂:A—r是一集值变换.定义 ,=u X ^E {A},贝0 ∈P(A X A).令Pr(A X A)={ , 是A 到r的集值变换}.在文献[11]中证明了P (A X A) 在二元关系的乘积运算下构成半群,称为集合A上的 半格r确定的二元关系半群. 定义1 若集合A上的半格r满足下列两个条 件:(1)对任意c,,V∈F,且 ≠ ,有U u V= sup(F);(2)对任意U,V∈F,有U n V≠中.则称 r是集合A上的简单半格. 显然集合A上的简单半格r具有如下性质: 譬F;对任意 ,V∈F一{sup(F)},且U≠V,有 一 ≠中;rain(F)=F一{sup(F)},并且rain(F)是 r的生成集. 文中涉及的半格理论可参看文献[15]. 1 集合A上的简单半格r确定的二元 关系半群P (A X A)的幂等元 集合A上的简单半格r确定的二元关系半群 Pr(A X A)的幂等元具有下列特征. 定理1 设r是集合A上的简单半格,s∈ P (A×A).则 是幂等元当且仅当 (i) =sup(r)x A;或 (ii)存在U∈rain(F),使得 =U×A;或 (iii)存在U∈rain(F), ≠A c A,并且 A,sup(r)一A ≠中,使得 s=(U X A)LJ(sup(r)×(A—A)). 先证明如下性质: 引理2 设 , ∈Pr(A×A).若存在 ∈ Pr(A X A),使得JB。 = ,贝0 ( ,P (A)) ( ,r),反之亦然. 证明根据文献[12]中引理2易得. 由引理2容易获得如下性质: 推论1设中隹F, 是半群P (A X A)的幂等 元,则 ( ,P (A))= ( ,r). 引理3 设I1是集合A上的简单半格, ∈ P (A X A).若F = ( ,F),且 是幂等元,则半 格r 是一条长度不超过2的链. 证明设 l,U2∈F n rain(F),则U1,U2 c sup(F).根据简单半格r的定义知,存在A∈U n .令F ={U ∈F l A∈U },则显然 , ∈r1. 令 (r ,F )={U∈F I V U E F ,U U },并且 (r ,F )≠中,事实上 (r ,F )是 在半格r 中 的下界构成的集合.定义inf(r ,r )= U,.U,即 U∈L(I’,F^J inf(r ,r )是r 在半格r 中的最大下界.于是 inf(F ,F ) U ,inf(F ,F ) .根据引理1知, inf(r ,r )=U1,inf(F ,F ):U2,即U =U2.进 而l r n min(F)l 1.故r 只能是下面三种情形之 —: (i)F :{sup(F)}; (ii)存在U∈rain(F),使得F ={U}; (iii)存在U∈rain(F),使得F ={U,sup(F)}. 即r 是一条长度不超过2的链. 根据推论1和引理3,显然有如下性质. 328 西南民族大学学报(自然科学版) 第44卷 推论2 设r是集合A上的简单半格,占∈ P (A×A).若 是幂等元,则 (Ot,P (A))只能是 如下三种情形之一: (i) ( ,P (A))={sup(F)}; (ii)存在U∈rain(F),使得IV( ,P (A))= { }; (iii)存在U∈min(r),使得IV( ,P (A))= {U,sup(F)}. 定理l的证明设r是集合A上的简单半格,若 ∈P (A×A)是幂等元,则根据推论2知, (O/, P (A))只能是如下三种情形之一: (i)IV( ,P (A))={sup(r)}; (ii)存在U芒rain(F),使得 (s,P (A)) {U}; (iii)存在U∈min(F),使得 ( ,P (A)) {U,sup(F)}. 下面分成三种情形讨论: (i)若 ( ,P (A))={sup(F)},则 sup(r)X A. (ii)若存在U∈min(F),使得 (s,P (A))= { },则 =U X A. (iii)若存在U∈rain(F),使得 ( ,P (A)) ={U,sup(r)}.令 A={A∈A l A=U},A ={A∈A l sA= sup(r)}. 则A ,A ≠中,A =A—A ,并且 =(U X A)u(sup(F)×(A—A’)). 由于 。 =占,因此 (U×A)u(sup(F)×(A一人 ))=占: 。占 =[(U×A )u(sup(F)×(A—A ))]。[(U× A)U(sup(F)×(A—A ))] =[(U×A )。(U×A )]u[(U X A )。(sup(F) x(A—A ))] u[(sup(F)X(A—A ))。(U×A )]u [(sup(F)×(A—A ))。(sup(F)X(A—A ))]. 则必有 (U×A )。(U×A )=U×A , [(U×A )。(sup(F)X(A—A ))]u[(sup(F) ×(A—A ))。(U×A )] u[(sup(F)×(A—A‘))。(sup(F)×(A— A))]=sup(r)×(A—A). 进而 n A≠ ,(A—A)n U= ,(A— A)n sup(r)≠ ,即 c, A,sup(F)一A≠ . 综上所述,存在U∈min(F), ≠A c A,并 且 A,sup(F)一A ≠ ,使得 s=(U X A)u(sup(r)×(A—A)). 反之,(i)若 =sup(F)X A,则显然有 :B (ii)若存在U∈rain(F),使得 =U×A,则显 然有 。 = . (iii)若存在U∈rain(F), ≠A c A,并且U A ,sup(r)一A ≠ ,使得 =(U×A )u(sup(F)×(A—A)). 则有 n A ≠ ,(A—A)n U= ,(A— A)n sup(F)≠ .从而 (U X A)。(U×A)=U×A , [(U×A )。(sup(F)X(A—A ))]u[(sup(F) ×(A—A ))。(U×A )] u[(sup(F)×(A—A ))。(sup(F)×(A— A))]=sup(F)X(A—A ). 即 。 =[(U×A)u(sup(F)×(A— A))]o E(U X A‘)u(sup(F)X(A—A ))] =[(U X A )。(U×A)]u[(U×A )。(sup(r) ×(A—A ))] u[(sup(F)×(A—A ))。(U X A )]u [(sup(F)×(A—A ))。(sup(F)X(A—A ))] =(U×A)u(sup(F)×(人一A ))= . 因此 。 =s. 文献[13]研究了集合A上的简单半格r确定的 二元关系半群P (A×A)上的幂等元具有的基本性 质,进而利用传递二元关系构造了一类幂等元,但并 未刻画幂等元的的基本结构.而定理1将集合上的一 般半格这一条件特殊化,变成简单半格,就完全刻画 了集合A上的简单半格r确定的二元关系半群 P (A×A)的幂等元的基本结构.并且集合A上的简 单半格r确定的二元关系半群P (A×A)的所有幂 等元构成一个子半群,见如下定理. 定理2设r是集合A上的简单半格,E (A) 是半群P (A X A)的所有幂等元构成的集合,则 第3期 林屏峰:集合A上的简单半格r确定的二元关系半群P (A X A)的幂等元和极大子群 329 E (A)是P (A X A)的子半群. 证明 设 ,U2∈rain(F).令 1=(U1 X A1)u(sup(F)X(A—A1)), 2= (Uz X A:)u(sup(F)X(A—A )), 且 1, 2∈Er(人),其中A ,A2 A.将对A1, A:作下列分类讨: (i)A1=A2= ,则 1= 2:sup(F)X A,因 此 1。 2 2. (ii)A1= ,A2:A,则 1=sup(F)X A, 2 -i" X A,因此 1。 2=sup(F)×A= 1. (iii)A1=A,A2: ,则 1=U1 X A, 2= sup(F)X A,因此 1。 2=U1 X A=占1. (iv)A1=A2=A,则s1=U1 X A, 2=U2 X A,因此 l。 2=U1 X A=s1. (v) ≠A c A,中≠A:c A,根据定理1知, 1 A1, A2,sup(F)一A1≠中,sup(F)一A2 ≠ .对此下面分成两种情形讨论. 情形1设U = ,则有 s1。 2=[(U1 X A1)u(sup(F)X(A— A ))]o[(U1 X A2)u(sup(F)X(A—A2))] =[(U1 X A1)。(U1 X A2)]u[(U1 X A )。(sup(F)X(A—A:))] u[(sup(F)X(A—A ))。(U1 X A )]u [(sup(F)X(A—A。))。(sup(F)X(A—A2))] =(U1 X A:)u中u u(sup(F)X(A—A2)) =(U1 X A2)U(sup(F)X(A—A2))= 2. 情形2 设u ≠ .由于 。n ≠中,则有 n A。≠ ,sup(F)n A ≠中.假设 n(A—A。) =中,则 A ,从而sup(F)=U u U2 A1,即 sup(F)一A =中,这与sup(F)一A。≠ 矛盾.因此 n(A—A。)≠中.又假设sup(F)n(A—A-)= 中,则有sup(F) A ,进而sup(F)一A ≠ ,这与 sup(F)一A。≠中矛盾.因此sup(F)n(A—A-)≠ .于是有 n Al≠ ,sup(F)n A1≠中,U2 n(A— A )≠中,sup(F)n(A—A )≠ . 因为U1 X A2 sup(F)X A2,并且U1 X(A— A2) sup(F)X(A—A2),因此 s1。 2=[(Ul X A1)U(sup(F)X(A— A ))]o[(U2 X A2)U(sup(F)X(A一人2))] =[(U X A1)。(U2 X A2)]u[(U1 X A )。(sup(F)X(A—A ))] u[(sup(F)X(A—A ))。(U2 X A )]u [(sup(F)X(A—A ))。(sup(F)X(A—A:))] =(U1 X A2)u(U1 X(A—A2))u(sup(F)X A )u(sup(F)X(A—A2)) =(sup(F)X A:)u(sup(F)×(A—A:))= sup(F)X A. 综上所述, 1。 2∈Er(A). 2 集合A上的简单半格r确定的二元 关系半群P (A X A)的极大子群 根据集合A上的简单半格r确定的二元关系半 群P (A×A)的幂等元的结构,可以获得半群P (A X A)的极大子群.下面讨论过程中,E (A)始终是 半群P (A X A)的所有幂等元构成的集合. 定理3 设r是集合A上的简单半格.则半群 P (A X A)的极大子群是由1个幂等元构成的单位 元群. 证明设 ∈E (A),G 是半群Pr(A X A)的 以 作为单位元的极大子群.若 ∈G ,则 。 =O/, 并且存在 ∈G ,使得O/。 = 。 = .根据引理 2知, ( ,P (A)) ( ,F), ( ,P (A)) ( ,F).由于 譬F,则显然有r P (A).因此 ( ,F) ( ,P (A)).又根据推论1知, ( , r) ( ,P (A)).因此 ( ,r) ( ,P (A)) ( ,F)= ( , P (A)) ( ,F), 即 ( ,F)= ( ,P (A))= ( ,P (A)) =W( ,F).又根据引理3知, (s,F)只能是下面 三种情形之一: (i) ( ,F)={sup(F)}; (ii)存在U∈rain(F),使得 ( ,F)={U}; (iii)存在U∈rain(F),使得 ( ,F)={U, sup(F)}. 若1V( ,F)={sup(F)},则 ( ,P (A))= {sup(F)},于是 =sup(F)X A,即O/=s;若存在 U∈rain(F),使得 ( ,F)={ },则 ( , P (A)):{ },于是O/=U X A,即 = . 若存在U∈rain(F),使得 ( ,F)={ , 330 西南民族大学学报(自然科学版) 第44卷 sup(F)},则 =(U×A )u(sup(F)×(A—A)), 其中U E rain(F), ≠A c A,并且U A, sup(F)一A ≠ ,并且W(O/,P (A))={U, sup(F)},进而Ot可以表示为 Ot=(U×A )u(sup(F)×(A—A )), 其中 ≠ c A.由于O/ 。Ot= ,所以有 。 =( U×A )u( sup(F)×(A—A ))= (U×A )u(sup(F)×(A—A)). 进而必有A =A .故 = . 综上所述,对任意 ∈G ,都有O/= ,因此G ={8 i. 参考文献 [1]MCKENZIE R N,SCHE1N B M.Every semigroups is isomorphic to a transitive semigroup of binary relations[J].Transactions of the Ameri can Mathematical Society,1997,349:271-285. 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