허용 관계

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보편 대수학격자 이론에서 허용 관계(영어: tolerance relation)는 대수 구조의 연산과 호환되는 반사 대칭 관계이다. 즉, 합동 관계에서 추이성 조건을 없애 얻는 개념이다. 허용 관계에 대한 몫 대수는 합동 관계에 대한 몫 대수를 일반화한다. 합동 관계와 달리, 허용 관계에 대한 몫 대수는 존재하지 않을 수 있으며, 몫 대수는 (만약 존재한다면) 항등식들을 보존할 필요가 없다.

정의[편집]

대수 구조 위의 허용 관계는 통상적으로 모든 연산들과 호환되는 반사 대칭 관계로 정의되며, 특별한 조건을 만족시키는 덮개로 정의할 수도 있다. 이 두 정의는 서로 동치이다. 부호수 대수 구조 위의 허용 관계들은 포함 관계에 따라 대수적 격자 를 이룬다. 합동 관계 격자 는 허용 관계 격자 의 부분 순서 집합이지만, 부분 격자일 필요는 없다.[1]

이항 관계를 통한 정의[편집]

부호수 대수 구조 위의 허용 관계는 다음 조건을 만족시키는 위의 이항 관계 이다.

  • (반사성) 임의의 에 대하여,
  • (대칭성) 임의의 에 대하여, 만약 라면,
  • (연산과의 호환) 는 두 직접곱 의 부분 대수이다. 즉, 임의의 항 연산 에 대하여, 만약 임의의 에 대하여 라면, .

합동 관계추이적 허용 관계이다.

덮개를 통한 정의[편집]

부호수 대수 구조 위의 허용 관계는 다음 조건들을 만족시키는 덮개 이다.[2]:307, Theorem 3

  • 임의의 에 대하여, 만약 라면, 이다.
    • 특히, 의 서로 다른 두 원소는 서로를 포함하지 않는다. (이 사실은 를 취하여 얻는다.)
  • 임의의 에 대하여, 만약 의 원소의 부분 집합이 아니라면, 의 원소의 부분 집합이 아닌 두 원소 집합 가 존재한다.
  • 임의의 항 연산 에 대하여, 가 존재한다. (이러한 는 일반적으로 유일하지 않다.)

집합의 분할은 정의의 처음 두 조건을 만족시키지만, 그 역은 성립하지 않는다. 합동 관계집합의 분할을 이루는 허용 관계이다.

두 정의의 동치[편집]

이항 관계로서의 허용 관계와 덮개로서의 허용 관계의 정의는 서로 동치이다. 구체적으로, 부호수 대수 구조 위의 이항 관계 가 허용 관계라고 하자. 이 다음 조건을 만족시키는 극대 부분 집합 들의 집합이라고 하자.

  • 임의의 에 대하여,

그래프 이론의 용어를 사용하면, 그래프 극대 클릭들의 집합이다. 합동 관계의 경우 이는 단순히 동치류들의 몫집합이다. 그렇다면, 덮개이며, 덮개로서 허용 관계를 이룬다. (덮개 정의의 마지막 조건은 초른 보조정리를 사용하여 보일 수 있다.) 반대로, 허용 관계를 이루는 덮개 가 주어졌을 때, 임의의 에 대하여

라고 하자. 그렇다면, 이항 관계로서 허용 관계를 이룬다. 이항 관계로서의 허용 관계들과 덮개로서의 허용 관계들 사이의 일대일 대응이며, 서로 역함수이다. 따라서 두 정의는 서로 동치이다. 허용 관계가 이항 관계로서 동치 관계인 것은 덮개로서 집합의 분할인 것과 동치이다. 즉, 합동 관계의 두 가지 정의도 서로 일치한다.

허용 관계에 대한 몫 대수[편집]

부호수 대수 구조 위에 허용 관계 이 주어졌다고 하자. 만약 임의의 항 연산 에 대하여,

이 유일하게 존재한다면, 이는 자연스럽게 에 대한 몫 대수

를 정의한다. 합동 관계의 경우, 이러한 유일성 조건은 항상 만족되며, 정의된 몫 대수는 통상적인 몫 대수와 일치한다.

부호수 대수 구조 다양체 가 다음 조건을 만족시키면, 허용 몫 가능 다양체(영어: tolerance factorable variety)라고 한다.

  • 임의의 및 허용 관계 항 연산 에 대하여, 인 유일한 이 존재한다. (따라서, 몫 대수 가 존재한다.)

부호수 대수 구조 다양체 가 다음 두 조건을 만족시키면, 강하게 허용 몫 가능 다양체(영어: strongly tolerance factorable variety)라고 한다.

  • 허용 몫 가능 다양체이다.
  • 임의의 및 허용 관계 에 대하여,

모든 강하게 허용 몫 가능 다양체는 허용 몫 가능 다양체이지만, 그 역은 성립하지 않는다.

성질[편집]

만약 부호수 대수 구조 가 멱등 대수 구조라면 (), 임의의 허용 관계 에 대하여, 의 부분 대수이다.[2]:308, Theorem 4

증명:

임의의 항 연산 에 대하여, 를 보이면 된다. 임의의 에 대하여, ()이므로,

이다. 의 극대성에 따라, 이다.

존재[편집]

부호수 대수 구조 가 다음 두 조건을 만족시킨다고 하자.

  • 의 연산의 값이 될 수 없는 원소 가 존재한다.

그렇다면, 위에 합동 관계가 아닌 허용 관계가 존재한다.[2]:310, Theorem 8

합동 관계의 준동형 상[편집]

부호수 대수 구조 전사 준동형 가 주어졌다고 하자. 위에 합동 관계 가 주어졌을 때, 위에 다음 이항 관계 를 정의하자.

그렇다면, 위의 허용 관계이다.

강하게 허용 몫 가능 다양체 에서, 모든 허용 관계는 합동 관계준동형에 대한 이다.[3]

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집합[편집]

집합대수 구조이다. 집합 위의 허용 관계는 단순히 반사 대칭 관계가 된다. 따라서, 집합의 다양체는 자명하게 강하게 허용 몫 가능 다양체를 이룬다.

[편집]

위에서, 모든 허용 관계는 합동 관계이다. 특히, , 벡터 공간, 가군, 불 대수 등의, 일부 연산을 잊었을 때 을 이루는 대수 구조들 위에서도 마찬가지다.[4]:261–262 따라서, 이들의 다양체가 강하게 허용 몫 가능 다양체를 이룬다는 사실 역시 자명하다.

격자[편집]

격자 위에 허용 관계 이 주어졌을 때, 의 모든 원소는 볼록 부분 격자를 이룬다. 따라서, 임의의 에 대하여,

이다. 특히,

  • 필요충분조건이다.
  • 만약 이며, 라면, 이다.

증명:

만약 라면,

이다. 반대로, 만약 라면,

이며, 마찬가지로

이다. 따라서,

이다.

만약 이며, 라면,

이며, 마찬가지로

이다. 따라서,

이다.

모든 격자는 멱등 대수 구조이므로, 임의의 의 부분 격자이다. 이제, , 이며, 라고 하자. 의 극대성에 따라, 를 보이려면, 임의의 에 대하여 임을 보이는 것으로 족하다.

이므로,

를 보이면 족하다. 가 부분 격자이므로, 이며, 따라서 이다.

격자의 다양체는 강하게 허용 몫 가능 다양체를 이룬다. 즉, 격자 위에 허용 관계 이 주어졌을 때, 임의의 에 대하여,

인 유일한 이 존재하며, 또한 몫 대수

는 다시 격자를 이룬다.[5][6][7]:44, Theorem 22

증명 (은 대수):

임의의 에 대하여 다음 네 명제를 보이는 것으로 족하다. (첫 번째와 두 번째, 세 번째와 네 번째 명제는 서로 쌍대이므로, 첫 번째와 세 번째만을 증명한다.)

  • 만약 라면, 이다.
  • 만약 라면, 이다.
  • 만약 라면, 이다.
  • 만약 라면, 이다.

첫 번째 명제의 증명. 라고 하자 (순서 아이디얼 격자에서의 상한). , 이므로, , 이다. 의 극대성에 따라, 임의의 에 대하여 임을 보이면 족하다. , , , 이며, 라고 하자. 이므로, 를 보이면 족하다. 이므로 이다. 또한, , , 이므로 이다. 따라서, 이다. , 이므로 , 이며, 따라서 이다.

세 번째 명제의 증명. 우선, 이다. 이제, 임의의 에 대하여 임을 보이면 족하다. 라고 가정하자. 임의의 를 취하자. 임의의 에 대하여, 이므로 이며, 이므로 이다. 따라서, 이다. 이므로, 이다. 의 극대성에 따라, 이며, 따라서 이다. 이는 모순이다.

증명 (은 격자):

위 증명에 따라, 필터 격자와 순서 아이디얼 격자로 가는 자연스러운 단사 함수

가 존재하며, 항상

가 성립한다. 따라서, 은 각각 가환 반군 의 부분 반군과 동형이다 (격자로서의 동형일 필요는 없다). 이제, 흡수 법칙을 보이는 일만 남았다. 쌍대성에 따라 두 흡수 법칙 가운데 하나

만을 보여도 좋다. 의 정의에 따라

이므로,

이다. 따라서 위 흡수 법칙은 참이다.

특히, 분배 격자모듈러 격자는 임의의 허용 관계에 대하여 몫 격자를 취할 수 있다. 그러나, 이러한 몫 격자가 다시 분배 격자모듈러 격자가 될 필요는 없다. 즉, 분배 격자의 다양체와 모듈러 격자의 다양체는 허용 몫 가능 다양체이지만, 강하게 허용 몫 가능 다양체가 아니다.[5]:40[1] 사실, 격자 다양체의 모든 부분 다양체는 허용 몫 가능 다양체이지만, 격자 다양체의 강하게 허용 몫 가능 부분 다양체는 격자 다양체 전체와 자명한 (한 원소 격자로 구성된) 부분 다양체밖에 없다. 이는 모든 격자는 두 원소 격자들의 직접곱의 부분 격자의 허용 관계에 대한 몫 격자의 부분 격자와 동형이기 때문이다.[5]:40, Theorem 3

상대 여원 격자 위의 모든 허용 관계는 합동 관계이다.[2]:308, Theorem 5 반대로, 모든 허용 관계가 합동 관계분배 격자상대 여원 격자이다.[2]:310, Corollary 2

모든 크기 3 이상의 격자는, 합동 관계가 아닌 허용 관계가 존재하는 부분 격자를 갖는다.[2]:308, Corollary 1

각주[편집]

  1. Chajda, Ivan; Radeleczki, Sándor (2014). “Notes on tolerance factorable classes of algebras”. 《Acta Scientiarum Mathematicarum》 (영어) 80 (3-4): 389–397. doi:10.14232/actasm-012-861-x. ISSN 0001-6969. MR 3307031. S2CID 85560830. Zbl 1321.08002. 
  2. Chajda, Ivan; Niederle, Josef; Zelinka, Bohdan (1976). “On existence conditions for compatible tolerances”. 《Czechoslovak Mathematical Journal》 (영어) 26 (101): 304–311. doi:10.21136/CMJ.1976.101403. ISSN 0011-4642. MR 0401561. Zbl 0333.08006. 
  3. Chajda, Ivan; Czédli, Gábor; Halaš, Radomír (2013). “Independent joins of tolerance factorable varieties”. 《Algebra Universalis》 (영어) 69 (1): 83–92. arXiv:1207.1732. doi:10.1007/s00012-012-0213-0. ISSN 0002-5240. MR 3029971. Zbl 1295.08006. 
  4. Schein, Boris M. (1987). “Semigroups of tolerance relations”. 《Discrete Mathematics》 (영어) 64: 253–262. doi:10.1016/0012-365X(87)90194-4. ISSN 0012-365X. MR 0887364. Zbl 0615.20045. 
  5. Czédli, Gábor (1982). “Factor lattices by tolerances”. 《Acta Scientiarum Mathematicarum》 (영어) 44: 35–42. ISSN 0001-6969. MR 0660510. Zbl 0484.06010. 
  6. Grätzer, George; Wenzel, G. H. (1990). “Notes on tolerance relations of lattices”. 《Acta Scientiarum Mathematicarum》 (영어) 54 (3-4): 229–240. ISSN 0001-6969. MR 1096802. Zbl 0727.06011. 
  7. Grätzer, George (2011). 《Lattice Theory: Foundation》 (영어). Basel: Springer. doi:10.1007/978-3-0348-0018-1. ISBN 978-3-0348-0017-4. LCCN 2011921250. MR 2768581. Zbl 1233.06001.