허용 관계

대수 구조의 연산과 호환되는 반사 대칭 관계

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

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

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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,

  •  필요충분조건 이다.
  • 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

참고 문헌 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.