อ่าน 8 นาที
ผลรวมโดยตรง
ใน คณิตศาสตร์ โดยเฉพาะใน พีชคณิต ผล รวมโดยตรง ของ กลุ่มอาเบเลียน คือกลุ่มอาเบเลียนที่สร้างขึ้นโดยการรวมกลุ่มที่กำหนดในลักษณะเฉพาะ ดังที่อธิบายไว้ด้านล่าง [ 1 ]...
ผลรวมโดยตรง
ในคณิตศาสตร์โดยเฉพาะในพีชคณิตผลรวมโดยตรงของกลุ่มอาเบเลียนคือกลุ่มอาเบเลียนที่สร้างขึ้นโดยการรวมกลุ่มที่กำหนดในลักษณะเฉพาะ ดังที่อธิบายไว้ด้านล่าง[ 1 ] หากกลุ่มอาเบเลียนที่ป้อนเข้ามามีโครงสร้างเพิ่มเติม (เช่น เป็นปริภูมิเวกเตอร์โมดูลหรือกลุ่มอาเบเลียนเชิงโทโพโลยี ) ผลรวมโดยตรงก็จะมีโครงสร้างนั้นด้วย โดยทั่วไป
ตัวอย่างเช่น ผลรวมโดยตรงของ กลุ่มอาเบเลียน สองกลุ่ม และคือกลุ่มอาเบเลียนอีกกลุ่มหนึ่งที่ประกอบด้วยคู่ลำดับโดยที่และในการบวกคู่ลำดับผลรวมถูกกำหนดให้เป็น; กล่าวอีกนัยหนึ่ง การบวกถูกกำหนดตามพิกัด ตัวอย่างเช่น ผลรวมโดยตรงโดยที่คือปริภูมิพิกัดจริงคือ ระนาบ คาร์ทีเซียน
ผลรวมโดยตรงสามารถสร้างขึ้นได้ด้วยจำนวนตัวบวกที่จำกัดใดๆ ก็ได้ ตัวอย่างเช่นโดยที่และเป็นโครงสร้างพีชคณิตชนิดเดียวกัน (เช่น กลุ่มอาเบเลียนทั้งหมด หรือปริภูมิเวกเตอร์ทั้งหมด) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าผลรวมโดยตรงมีคุณสมบัติการสลับที่ได้จนถึงไอโซมอร์ฟิ ซึม นั่นคือสำหรับโครงสร้างพีชคณิตใดๆ, , และที่มีชนิดเดียวกัน ผลรวมโดยตรงยังมีคุณสมบัติการสลับที่ได้จนถึงไอโซมอร์ฟิซึมด้วย กล่าวคือสำหรับโครงสร้างพีชคณิตใดๆและที่มีชนิดเดียวกัน
ผลรวมโดยตรงของกลุ่มอาเบเลียน เวกเตอร์สเปซ หรือโมดูลจำนวนจำกัดนั้นสมมูล กันในเชิงแคนอนิ กกับผลคูณโดยตรง ที่สอดคล้องกัน อย่างไรก็ตาม ข้อความดังกล่าวเป็นเท็จสำหรับวัตถุทางพีชคณิตบางอย่าง เช่น กลุ่มที่ไม่ใช่อาเบเลียน
ในกรณีที่มีการรวมวัตถุจำนวนอนันต์เข้าด้วยกัน ผลรวมโดยตรงและผลคูณโดยตรงจะไม่สมมาตรกัน แม้แต่สำหรับกลุ่มอาเบเลียน ปริภูมิเวกเตอร์ หรือโมดูลก็ตาม ตัวอย่างเช่น พิจารณาผลรวมโดยตรงและผลคูณโดยตรงของจำนวนเต็มที่มีจำนวนอนันต์ (นับได้) สมาชิกในผลคูณโดยตรงคือลำดับอนันต์ เช่น (1,2,3,...) แต่ในผลรวมโดยตรง มีข้อกำหนดว่าพิกัดทั้งหมด ยกเว้นจำนวนจำกัด ต้องเป็นศูนย์ ดังนั้นลำดับ (1,2,3,...) จะเป็นสมาชิกในผลคูณโดยตรง แต่ไม่ใช่ในผลรวมโดยตรง ในขณะที่ (1,2,0,0,0,...) จะเป็นสมาชิกทั้งสองอย่าง บ่อยครั้ง หากใช้เครื่องหมาย + พิกัดทั้งหมด ยกเว้นจำนวนจำกัด ต้องเป็นศูนย์ ในขณะที่หากใช้การคูณในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง พิกัดทั้งหมด ยกเว้นจำนวนจำกัด ต้องเป็น 1
ในภาษาทางเทคนิคมากขึ้น หากผลรวมคือผลรวมโดยตรงจะถูกกำหนดให้เป็นเซตของทูเปิลที่มีโดยที่สำหรับi ทั้งหมด ยกเว้นจำนวน จำกัด ผลรวมโดยตรงนั้นบรรจุอยู่ในผลคูณโดยตรงแต่จะมีขนาดเล็กกว่าอย่างชัดเจนเมื่อเซตดัชนีเป็นอนันต์ เนื่องจากองค์ประกอบของผลคูณโดยตรงสามารถมีพิกัดที่ไม่เป็นศูนย์ได้เป็นจำนวนอนันต์[ 2 ]
ตัวอย่าง
ระนาบxy ซึ่งเป็น ปริภูมิเวกเตอร์สองมิติสามารถมองได้ว่าเป็นผลรวมโดยตรงของปริภูมิเวกเตอร์หนึ่งมิติสองปริภูมิ ได้แก่ แกน xและ แกน yในผลรวมโดยตรงนี้ แกน xและ แกน yตัดกันเฉพาะที่จุดกำเนิด (เวกเตอร์ศูนย์) การบวกถูกกำหนดตามพิกัด นั่นคือซึ่งเหมือนกับการบวกเวกเตอร์
กำหนดให้โครงสร้างสองโครงสร้างA และA ผลรวมโดยตรงของโครงสร้างทั้งสองเขียนได้เป็นกำหนดให้ตระกูลของโครงสร้าง ที่มีดัชนี โดยมีดัชนีเป็นผลรวมโดยตรงอาจเขียนได้เป็นแต่ละA iเรียกว่าพจน์ผลรวมโดยตรงของAถ้าเซตดัชนีมีจำนวนจำกัด ผลรวมโดยตรงจะเหมือนกับผลคูณโดยตรง ในกรณีของกลุ่ม ถ้าการดำเนินการของกลุ่มเขียนเป็น จะใช้คำว่า "ผลรวมโดยตรง" ในขณะที่ถ้าการดำเนินการของกลุ่มเขียนเป็น จะใช้คำว่า "ผลคูณโดยตรง" เมื่อเซตดัชนีมีจำนวนอนันต์ ผลรวมโดยตรงจะไม่เหมือนกับผลคูณโดยตรง เนื่องจากผลรวมโดยตรงมีข้อกำหนดเพิ่มเติมคือ พิกัดทั้งหมด ยกเว้นจำนวนจำกัด ต้องเป็นศูนย์
ผลรวมโดยตรงภายในและภายนอก
มีการแยกความแตกต่างระหว่างผลรวมโดยตรงภายในและภายนอก แม้ว่าทั้งสองจะเป็นไอโซมอร์ฟิกกันก็ตาม หากมีการกำหนดตัวตั้งบวกก่อน แล้วจึงกำหนดผลรวมโดยตรงในรูปของตัวตั้งบวกเหล่านั้น ผลรวมโดยตรงนั้นจะเรียกว่าผลรวมโดยตรงภายนอก ตัวอย่างเช่น หากมีการกำหนดจำนวนจริง ตามด้วยผลรวมโดยตรงนั้นจะเรียกว่าผลรวมโดยตรงภายนอก
ในทางกลับกัน หากมีการกำหนดโครงสร้างพีชคณิตบางอย่าง และกำหนดให้เป็นผลรวมโดยตรงของโครงสร้างย่อยสองโครงสร้างคือ และผลรวมโดยตรงนั้นจะเรียกว่าเป็นผลรวมโดยตรงภายใน ในกรณีนั้น แต่ละองค์ประกอบของสามารถแสดงได้อย่างไม่ซ้ำกันในรูปของการรวมกันทางพีชคณิตขององค์ประกอบของและองค์ประกอบของ ตัวอย่างของผลรวมโดยตรงภายใน ลองพิจารณา(จำนวนเต็มมอดูลหก) ซึ่งมีองค์ประกอบเป็นสิ่งนี้สามารถแสดงได้ในรูปผลรวมโดยตรงภายใน
ประเภทของผลรวมโดยตรง
ผลรวมโดยตรงของกลุ่มอาเบเลียน
ผลรวมโดยตรงของกลุ่มอาเบเลียนเป็นตัวอย่างต้นแบบของผลรวมโดยตรง เมื่อมีกลุ่มอาเบเลียนสองกลุ่ม ผลรวมโดยตรงของ กลุ่มทั้งสอง จะเหมือนกับผลคูณโดยตรง ของกลุ่มทั้ง สอง กล่าวคือ เซตพื้นฐานคือผลคูณคาร์ทีเซียนและการดำเนินการของกลุ่มถูกกำหนดตามส่วนประกอบ: นิยามนี้สามารถขยายไปสู่ผลรวมโดยตรงของกลุ่มอาเบเลียนจำนวนจำกัดได้
สำหรับกลุ่มตระกูลใดๆที่มีดัชนีตามผลรวมโดยตรง [ 3 ] คือ กลุ่มย่อยของผลคูณโดยตรงที่ประกอบด้วยองค์ประกอบที่มีฐานรองรับ จำกัด โดยที่ตามคำนิยามกล่าวได้ว่ามีฐานรองรับจำกัดถ้าคือองค์ประกอบเอกลักษณ์ของสำหรับทุก ยกเว้นจำนวนจำกัด[ 4 ] ผลรวมโดยตรงของกลุ่มตระกูลอนันต์ที่ไม่ใช่กลุ่มย่อย คือกลุ่มย่อยที่แท้จริงของกลุ่มผลคูณ
ผลรวมโดยตรงของโมดูล
ผลรวมโดยตรงของโมดูลคือโครงสร้างที่รวมโมดูลหลายๆโมดูลเข้าด้วยกันเป็นโมดูลใหม่
ตัวอย่างที่คุ้นเคยที่สุดของการสร้างแบบนั้นเกิดขึ้นในการพิจารณาปริภูมิเวกเตอร์ซึ่งเป็นโมดูลเหนือฟิลด์การสร้างนี้ยังสามารถขยายไปยังปริภูมิบานาคและปริภูมิฮิลเบิร์ตได้อีก ด้วย
ผลรวมโดยตรงในแต่ละหมวดหมู่
หมวดหมู่แบบบวกเป็นนามธรรมของคุณสมบัติของหมวดหมู่ของโมดูล[ 5 ] [ 6 ]ในหมวดหมู่ดังกล่าว ผลคูณจำกัดและผลคูณร่วมจะสอดคล้องกัน และผลรวมโดยตรงจะเป็นอย่างใดอย่างหนึ่ง: ดู biproduct
โดยทั่วไป[ 3 ] ในทฤษฎีหมวดหมู่ผลรวมโดยตรงมักจะเป็นผลคูณร่วมในหมวดหมู่ของวัตถุทางคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวข้อง แต่ก็ไม่เสมอไป ตัวอย่างเช่น ในหมวดหมู่ของกลุ่มอาเบเลียน ผลรวมโดยตรงเป็นผลคูณร่วม และเช่นเดียวกันในหมวดหมู่ของโมดูล
ผลรวมโดยตรงของค่าแทนกลุ่ม
ผลรวมโดยตรงของการแสดงกลุ่มเป็นการขยายผลรวมโดยตรงของโมดูลพื้นฐานโดยการเพิ่มการกระทำของกลุ่มโดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อกำหนดกลุ่ม และการแสดง สองแบบ ของ( หรือโดยทั่วไปแล้ว โมดูลสองโมดูล ) ผลรวมโดยตรงของการแสดงคือโดยมีการกระทำของที่กำหนดตามส่วนประกอบ นั่นคือ
วิธีที่เทียบเท่ากันในการกำหนดผลรวมโดยตรงมีดังนี้: กำหนดให้มีการแสดงแทนสองแบบและปริมาณเวกเตอร์ของผลรวมโดยตรงคือและโฮโมมอร์ฟิซึมกำหนดโดย โดยที่คือแผนที่ธรรมชาติที่ได้จากการกระทำตามพิกัดดังที่กล่าวมาข้างต้น
นอกจากนี้ ถ้าเป็นมิติจำกัดแล้ว เมื่อกำหนดฐานของและจะเป็นเมทริกซ์ค่า ในกรณีนี้จะกำหนดให้เป็น
นอกจากนี้ หาก มองว่า และเป็นโมดูลเหนือริงกลุ่มโดยที่คือฟิลด์ ผลรวมโดยตรงของการแสดงแทนและจะเท่ากับผลรวมโดยตรงของการแสดงแทนเหล่านั้นในฐานะโมดูล
ผลรวมโดยตรงของวงแหวน
ผลคูณโดยตรง ของวงแหวนไม่ควรเขียนเป็นเนื่องจากไม่ได้รับโฮโมมอร์ฟิซึมวงแหวนตามธรรมชาติจากและ[ 7 ]โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แผนที่ที่ส่งไปยังไม่ใช่โฮโมมอร์ฟิซึมวงแหวน เนื่องจากไม่สามารถส่ง 1 ไปยัง ได้(โดยสมมติว่าใน) ดังนั้น จึงไม่ใช่ผลคูณร่วมในหมวดหมู่ของวงแหวนและไม่ควรเขียนเป็นผลรวมโดยตรง (ผลคูณร่วมในหมวดหมู่ของวงแหวนสลับที่คือ ผลคูณเทน เซอร์ของวงแหวน[ 8 ]ในหมวดหมู่ของวงแหวน ผลคูณร่วมกำหนดโดยโครงสร้างที่คล้ายกับผลคูณอิสระของกลุ่ม)
การใช้ศัพท์และสัญลักษณ์ของการบวกโดยตรงนั้นเป็นปัญหาอย่างยิ่งในการจัดการกับตระกูลของวงแหวนอนันต์ หากเป็นกลุ่มอนันต์ของวงแหวนที่ไม่ใช่วงแหวนธรรมดา การบวกโดยตรงของกลุ่มการบวกพื้นฐานอาจมีการคูณแบบเทอมต่อเทอม แต่จะได้rng ซึ่ง เป็นวงแหวนที่ไม่มีเอกลักษณ์การคูณ
ผลรวมโดยตรงของเมทริกซ์
ถ้าเป็นเมทริกซ์ และเป็นเมทริกซ์ ผลรวมโดยตรงจะถูกกำหนดเป็นเมทริกซ์บล็อกแนวทแยง
ผลรวมโดยตรงของปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยี
ปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยี (TVS) เช่นปริภูมิบานาคกล่าวได้ว่าเป็นผลรวมโดยตรงเชิงทอพอโลยีของปริภูมิย่อยเวกเตอร์สองปริภูมิและถ้าแผนที่การบวก เป็นไอโซมอร์ฟิซึมของปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยี (หมายความว่าแผนที่เชิงเส้น นี้ เป็นโฮมีโอเมอร์ฟิซึมแบบหนึ่งต่อหนึ่งทั่วถึง ) ในกรณีนี้และกล่าวได้ว่าเป็นส่วนเติมเต็มเชิงทอพอโลยีใน นั่นเป็นจริงก็ต่อเมื่อ เมื่อพิจารณาว่าเป็นกลุ่มเชิงทอพอโลยีแบบบวก (ดังนั้นจึงไม่พิจารณาการคูณสเกลาร์) คือ ผล รวมโดยตรงเชิงทอพอโลยีของกลุ่มย่อยเชิงทอพอโลยีและ ถ้าเป็นเช่นนั้น และถ้าเป็นเฮาส์ดอร์ฟแล้วและ จะเป็นปริภูมิย่อย ปิดของอย่างแน่นอน
ถ้าเป็นปริภูมิย่อยเวกเตอร์ของปริภูมิเวกเตอร์จริงหรือเชิงซ้อนจะมีปริภูมิย่อยเวกเตอร์อีกปริภูมิหนึ่งของ ที่เรียกว่า ส่วนเติมเต็ม เชิงพีชคณิตของในซึ่งคือผลรวมโดยตรงเชิงพีชคณิตของและซึ่งเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อแผนที่การบวกเป็นไอโซมอร์ฟิซึมของปริภูมิเวกเตอร์
ตรงกันข้ามกับผลรวมโดยตรงเชิงพีชคณิต การมีอยู่ของส่วนเติมเต็มดังกล่าวไม่ได้รับการรับประกันอีกต่อไปสำหรับผลรวมโดยตรงเชิงโทโพโลยี
กล่าวได้ว่าปริภูมิย่อยเวกเตอร์ของ เป็น ปริภูมิย่อยที่เติมเต็ม ( ในเชิงโทโพโลยี ) ของถ้ามีอยู่ปริภูมิย่อยเวกเตอร์บางส่วนของเช่นนั้นคือผลรวมโดยตรงเชิงโทโพโลยีของและ ปริภูมิย่อยเวกเตอร์เรียกว่าปริภูมิย่อยที่ไม่เติมเต็มถ้ามันไม่ใช่ปริภูมิย่อยที่เติมเต็ม ตัวอย่างเช่น ปริภูมิย่อยเวกเตอร์ทุกตัวของปริภูมิย่อยเวกเตอร์แบบเฮาส์ดอร์ฟที่ไม่ใช่เซตปิด จำเป็นต้องเป็นปริภูมิย่อยที่ไม่เติมเต็ม ปริภูมิย่อยเวกเตอร์ปิดทุกตัวของปริภูมิฮิลเบิร์ตเป็นปริภูมิย่อยที่เติมเต็ม แต่ปริภูมิบานาค ทุกตัว ที่ไม่ใช่ปริภูมิฮิลเบิร์ต จำเป็นต้องมีปริภูมิย่อยเวกเตอร์ปิดที่ไม่เติมเต็มอยู่บ้าง
โฮโมมอร์ฟิซึม
ผลรวมโดยตรงมาพร้อมกับโฮโมมอร์ฟิซึมการฉาย ภาพ สำหรับแต่ละjในIและโคโปรเจกชันสำหรับแต่ละjในI [ 9 ] เมื่อกำหนดโครงสร้างพีชคณิตอื่น(ที่มีโครงสร้างเพิ่มเติมเดียวกัน) และโฮโมมอร์ฟิซึมสำหรับทุกjในIจะมีโฮโมมอร์ฟิซึมที่ไม่ซ้ำกันเรียกว่าผลรวมของg jเช่นนั้นสำหรับทุกjดังนั้นผลรวมโดยตรงจึงเป็นโคโปรดักต์ในหมวดหมู่ ที่ เหมาะสม
ดูเพิ่มเติม
- ผลรวมโดยตรงของกลุ่ม
- ผลรวมโดยตรงของการเรียงสับเปลี่ยน
- ผลรวมโดยตรงของกลุ่มโทโพโลยี
- สินค้าต้องห้าม
- วิทนีย์ ซัม
- ทฤษฎีบทเฟเฟอร์แมน-วอท
หมายเหตุ
- ^ Lang 2002, หน้า 36–37.
- ^ Thomas W. Hungerford ,พีชคณิต , หน้า 60, Springer, 1974, ISBN 0387905189
- ^ a bผลรวมโดยตรงที่ห้องปฏิบัติการn
- ^โจเซฟ เจ. ร็อตแมน,ทฤษฎีกลุ่ม: บทนำ , หน้า 177, อัลลิน แอนด์ เบคอน, 1965
- ^ "หน้า 45( ไฟล์ PDF) . เก็บถาวรจากไฟล์ PDF ต้นฉบับ เมื่อวันที่ 22 พฤษภาคม 2556 . เรียกดูเมื่อวันที่ 14 มกราคม 2557 .
- ^ "ภาคผนวก" (PDF) . เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อ 2006-09-17 . เรียกดูเมื่อ2014-01-14 .
- ^ Math StackExchangeเกี่ยวกับผลรวมโดยตรงของวงแหวนเทียบกับผลคูณโดยตรงของวงแหวน
- ^ Lang 2002 , ส่วนที่ I.11
- ↑ฮิวเนน, คริส (2009) แบบจำลองควอนตัมและตรรกะเชิงหมวดหมู่ พัลลาส โปรเอฟชริฟเทน. สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัม. พี 26. ไอเอสบีเอ็น 978-9085550242.
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ผลรวมโดยตรง
ใน คณิตศาสตร์ โดยเฉพาะใน พีชคณิต ผล รวมโดยตรง ของ กลุ่มอาเบเลียน คือกลุ่มอาเบเลียนที่สร้างขึ้นโดยการรวมกลุ่มที่กำหนดในลักษณะเฉพาะ ดังที่อธิบายไว้ด้านล่าง [ 1 ]...
ตัวอย่าง
ระนาบ xy ซึ่งเป็น ปริภูมิเวกเตอร์ สองมิติสามารถมองได้ว่าเป็นผลรวมโดยตรงของปริภูมิเวกเตอร์หนึ่งมิติสองปริภูมิ ได้แก่ แกน x และ แกน y ในผลรวมโดยตรงนี้ แกน x และ แกน y ตัดกันเฉพาะที่จุดกำเนิด (เวกเตอร์ศูนย์) การบวกถูกกำหนดตามพิกัด...
ผลรวมโดยตรงภายในและภายนอก
มีการแยกความแตกต่างระหว่างผลรวมโดยตรงภายในและภายนอก แม้ว่าทั้งสองจะเป็นไอโซมอร์ฟิกกันก็ตาม หากมีการกำหนดตัวตั้งบวกก่อน แล้วจึงกำหนดผลรวมโดยตรงในรูปของตัวตั้งบวกเหล่านั้น ผลรวมโดยตรงนั้นจะเรียกว่าผลรวมโดยตรงภายนอก ตัวอย่างเช่น หากมีการกำหนดจำนวนจริง...
ผลรวมโดยตรงของกลุ่มอาเบเลียน
ผล รวมโดยตรงของ กลุ่มอาเบเลียน เป็นตัวอย่างต้นแบบของผลรวมโดยตรง เมื่อมีกลุ่มอาเบเลียนสอง กลุ่ม ผลรวมโดยตรงของ กลุ่มทั้งสอง จะเหมือนกับ ผลคูณโดยตรง ของกลุ่มทั้ง สอง กล่าวคือ เซตพื้นฐานคือ ผลคูณคาร์ทีเซียน และการดำเนินการของกลุ่มถูกกำหนดตามส่วนประกอบ:...