موضوع مقاله: حلقه (ریاضیات) | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # حلقه (ریاضیات) | مقدمه: یک حلقه در ریاضیات، ساختاری جبری است که میدان را تعمیم می‌دهد: نیازی نیست که ضرب جابجایی‌پذیر باشد، و نیازی نیست تا وارون ضربی وجود داشته باشد. | ## بخش 1: حلقه (ریاضیات) | به زبان دیگر، یک حلقه یک مجموعه مجهز به دو عمل دوتایی است که ویژگی‌هایی شبیه جمع و ضرب اعداد صحیح را برآورده می‌کند. عناصر حلقه می‌تواند اعدادی مثل عدد صحیح یا عدد مختلط باشد، اما این عناصر می‌تواند اشیای غیر عددی مثل چندجمله‌ای، ماتریس مربعی، تابع و سری توانی هم باشد. از نظر صوری، یک حلقه گروهی آبلی است که عملیات آن جمع نامیده شده، به همراه عملگر دوتایی ثانویه که ضرب نام‌دارد و خاصیت شرکت‌پذیری داشته و روی عملگر جمع توزیع‌پذیر است و دارای عنصر همانی ضربی است (این خاصیت اخیر نزد برخی از مؤلفین الزامی نیست، را ببینید). پیرو تعمیم اعداد صحیح، به عملیات گروهی آبلی حلقه‌ها، جمع و به عملگر ثانویه آن ضرب گویند. این که آیا یک حلقه جابجایی است یا خیر (یعنی این که آیا ترتیب ضرب دو عنصر حلقه بر نتیجه ضربشان اثرگذار است یا نه؟)، اثرات ژرفی بر روی رفتار یک شیء جبری دارد. در نتیجه، نظریه حلقه‌های جابجایی را اغلب جبر جابجایی گویند، که مبحث کلیدی در نظریه حلقه هاست. توسعه جبرجابجایی به میزان چشمگیری از مسائل و ایده‌هایی که به‌طور طبیعی در نظریه جبری اعداد و هندسه جبری وجود دارند وام گرفته‌است. مثال‌هایی از حلقه‌های جابجایی شامل این موارد می‌شود: اعداد صحیح مجهز به عملیات جمع و ضرب، مجموعه چند جمله ای‌ها به همراه جمع و ضرب بینشان، حلقه مختصاتی یک واریته جبری آفینی و حلقه اعداد یک میدان عددی. مثال‌هایی از حلقه‌های ناجابجایی شامل حلقه ماتریس‌های حقیقی مربعی که در آن ، حلقه گروه‌ها در نظریه نمایش، جبر عملگرها در آنالیز تابعی، حلقه عملگرهای دیفرانسیلی در نظریه عملگرهای دیفرانسیل و حلقه کوهمولوژی یک فضای توپولوژیکی در توپولوژی. افرادی که نقش کلیدی در این فرایند داشتند شامل ددکیند، هیلبرت، فرانکل و نوتر بودند حلقه‌ها را اولین بار به عنوان تعمیم‌هایی از دامنه‌های ددکیند، که در نظریه اعداد، حلقه‌های چند جمله ای و پایاهایی که در هندسه جبری و نظریه پایا ظاهر می‌شوند، به صورت صوری و رسمی درآوردند. سپس، مشخص شد که مفهوم حلقه‌ها در دیگر شاخه‌های ریاضیاتی چون هندسه و آنالیز ریاضی نیز مفیدند. | ## بخش 2: حلقه (ریاضیات) | تعریف و مثال آشناترین مثال یک حلقه، مجموعه اعداد صحیح، شامل اعداد زیر است: خواص آشنای جمع و ضرب اعداد صحیح، مدلی برای اصول موضوعه حلقه هاست. تعریف حلقه، مجموعه ای چون است که به عمل‌های دوتاییاین بدان معناست که هر عملیات برای هر جفت عناصر در حلقه نتیجه منحصر به فردی را در تولید می‌کند. مجهز شده به گونه ای که در اصول موضوعه زیر به نام اصول موضوعه حلقه‌ها صدق کند: تحت جمع یک گروه آبلیست، یعنی: برای تمام در داریم (یعنی + شرکت‌پذیر است). عنصری چون در وجود دارد چنان‌که برای تمام در داشته باشیم (یعنی یک عنصر همانی جمعیست). عنصری چون در وجود دارد به گونه ای که برای تمام در داریم و (یعنی همانی ضربی است).وجود 1 توسط برخی از مؤلفان مفروض واقع نشده؛ اینجا عبارت rng برای حلقه‌های بدون همانی ضربی استفاده شده. یادداشتی در مورد تعریف همان‌طور که در بخش تاریخچه در قسمت پایین توضیح داده شده، بسیاری از مؤلفان از قرارداد دیگری استفاده می‌کنند که در آن برای یک حلقه وجود عنصر همانی ضربی الزامی نیست. در این مقاله از این قرارداد استفاده شده که وجود عنصر همانی ضربی الزامی است، مگر خلاف آن ذکر شود. مؤلفانی که از قرارداد اخیر (وجود عنصر همانی ضربی) پیروی می‌کنند، به حلقه‌هایی که در آن‌ها عنصر همانی تعریف نشده rng (به صورت rung یا رانگ تلفظ می‌شود) گویند و برخی مواقع به آن حلقه کاذب (pseudo-ring) هم گفته می‌شود. به عنوان مثال، مجموعه اعداد زوج تحت جمع و ضرب معمولی یک rng (رانگ) است اما حلقه نیست. حلقه‌هایی که شرط جابجایی ضربی را ارضاء می‌کنند (مثل حلقه اعداد صحیح) را حلقه جابجایی گویند. کتاب‌های جبر جابجایی یا هندسه جبری اغلب برای ساده‌سازی اینگونه قرارداد می‌کنند که حلقه به معنای حلقه جابجایی است. | ## بخش 3: حلقه (ریاضیات) | یک حلقه جابجایی (نابدیهی) که در آن هر عنصر ناصفر معکوس ضربی داشته باشد را میدان گویند. گرچه که تعریف حلقه فرض را بر این می‌گیرد که گروه جمعی آبلی است، اما این مسئله (آبلی بودن گروه جمعی) را می‌توان از دیگر اصول موضوعه‌های حلقه استنباط کرد (یعنی یک اصول موضوعهٔ مستقل نیست).I. اثبات نکته اخیر از طریق فرض وجود عنصر "" است، پس اثبات آن در rng قابل استفاده نیست (در مورد رانگ‌ها، حذف فرض جابجایی بودن جمع، باعث می‌شود که جابجایی بودن ضرب عناصر، یعنی را بتوان از بقیه اصول موضعه استنباط کرد). این تعریف کلی یک حلقه (که لزوماً شرکت پذیر نباشد، و لزوماً یک دار نباشد) هنگامی مفید است که بخواهیم هر جبر را یک حلقه در نظر بگیریم. خواص پایه ای برخی از خواص پایه ای یک حلقه فوراً از اصول موضعه بدست می‌آیند: همانی جمعی، معکوس‌های ضربی هر عنصر و همانی ضربی، همگی منحصر به فردند. برای هر عنصری چون در یک حلقه چون ، داریم (صفر نسبت به ضرب یک عنصر جاذب (جذب کننده) است) و . اگر در یک حلقه داشته باشیم ، (یا به‌طور کلی تر اگر یک عنصر معکوس پذیر ضربی باشد)، آنگاه تنها یک عنصر خواهد داشت، به چنین حلقه ای، حلقه صفر گویند. فرمول دو جمله ای برای تمام زوج عناصر جابجا شونده (یعنی، هر و که در رابطه صدق کنند) برقرار است. مثال: اعداد صحیح به هنگ ۴ همچنین رجوع کنید به: حساب پیمانه ای مجموعه به عملیات زیر مجهز شده‌است: جمع در برابر باقیمانده تقسیم بر ۴ است (چون همیشه از ۸ کوچکتر است، باقیمانده تقسیم آن بر ۴ یا برابر است یا ). | ## جمع‌بندی | آنگاه، یک حلقه است: هر اصل موضوع از اصل موضوع متناظرش در بدست آمده و این عنصر را اغلب به صورت "x mod 4" یا نمایش می‌دهند که با نمادهای سازگاری دارند.