彭 嬌,宮春梅
(西安建筑科技大學(xué) 理學(xué)院,陜西 西安 710055)
正則半群是半群代數(shù)理論的重要研究對(duì)象.作為正則半群的推廣,1982 年,F(xiàn)ountain[1]引入Green ?關(guān)系,定義了富足半群.1990 年,Lawson[2]在半群上定義了Green~關(guān)系.為了將廣義正則半群在rpp 半群中做進(jìn)一步推廣,2011 年,郭聿琦等[3]首次提出Green ?,~關(guān)系,定義了r-寬大半群.
半群冪等元集的性質(zhì)對(duì)半群代數(shù)結(jié)構(gòu)有著重要影響.在文獻(xiàn)[4]中,Yamada 研究了冪等元滿足置換恒等式的正則半群,并討論了這類半群的結(jié)構(gòu)定理.郭小江在文獻(xiàn)[5~6]中分別給出了滿足置換恒等式的強(qiáng)rpp 半群和富足半群的結(jié)構(gòu).在此基礎(chǔ)上,文獻(xiàn)[7]建立了冪等元滿足正規(guī)帶的半富足半群的結(jié)構(gòu).文獻(xiàn)[8]利用擬織積建立了Uσ-富足半群的結(jié)構(gòu).文獻(xiàn)[9]給出了具有真核的正則ω2-半群的結(jié)構(gòu)定理和相應(yīng)的同構(gòu)定理.本文則研究了冪等元集為正規(guī)帶的r-寬大半群的結(jié)構(gòu),給出了r-寬大半群的冪等元集為正規(guī)帶的結(jié)構(gòu)刻畫.
文中未出現(xiàn)的記號(hào)和術(shù)語見文獻(xiàn)[10].
引理 1[3]令S為一半群,E(S)為半群S的冪等元集,且a,b∈S.則下列2 款成立:
(ⅰ)aL?,~b當(dāng)且僅當(dāng)關(guān)于任意x,y∈S1,ax=ay?bx=by;
(ⅱ)aR?,~b當(dāng)且僅當(dāng)關(guān)于任意f∈E(S),fa=a?fb=b.
一般情況下,L?,~是右同余,而 R?,~不 是左同余.L ?L??L?,~,R ?R??R?,~.
引理 2[3]令S為一半群,E(S)為半群S的冪等元集,且a∈S,e∈E(S).則下列2 款成立:
(ⅰ)aL?,~e當(dāng) 且僅當(dāng)ae=a,且關(guān)于任意x,y∈S1,ax=ay?ex=ey;
(ⅱ)aR?,~e當(dāng) 且僅當(dāng)ea=a,且關(guān)于任意f∈E(S),fa=a?fe=e.
引理 3[3]令S為一半群,E(S)為 半群S的冪等元集,且e,f∈E(S).則下列2 款成立:
(ⅰ)eL?,~f當(dāng)且僅當(dāng)eLf;
(ⅱ)eR?,~f當(dāng)且僅當(dāng)eRf.
稱半群S為r-寬大半群[3],如果S中的每一 L?,~-類和 R?,~-類至少包含一個(gè)冪等元;稱r-寬大半群S為弱適當(dāng)半群[11],如果它的冪等元集E(S)是 一個(gè)半格;稱r-寬大半群S為擬弱適當(dāng)半群,如果它的冪等元集E(S)構(gòu) 成子半群,即E(S)是 一個(gè)帶.稱帶B為正規(guī)帶[10],如果帶B滿足恒等式e fgh=egfh.
對(duì)于弱適當(dāng)半群S,因?yàn)镋(S)為 半格,所以S的每一 L?,~-類和每一 R?,~-類有且僅有一個(gè)冪等元.含元素a的 半群S的 L?,~-類和 R?,~-類分別記作La?,~和Ra?,~.此外,元素a?和a+分別表示La?,~和Ra?,~中的冪等元.顯然a=aa?=a+a.
稱半群同態(tài)α:(S,E(S))→(T,V)為允許同態(tài),如果對(duì)于任意a,b∈(S,E(S)),aL?,~b蘊(yùn)含α(a)L?,~α(b),aR?,~E(S)b蘊(yùn) 含α (a)R?,~Vα(b)且 α(E(S))?V.自然地,我們稱(S,E(S))上 的同余ρ 為允許同余,如果自然同態(tài) ρ?:(S,E(S))→((S,E(S))/ρ,E(S)/ρ)為允許同態(tài).
對(duì)于r-寬大半群 (S,E(S))上的允許同態(tài)有以下引理:
引理 4令θ:(S,E(S))→(T,V)是一個(gè)半群同態(tài),且θ(E(S))?V.則 θ為允許同 態(tài)當(dāng)且僅當(dāng)對(duì)任意a∈(S,E(S)),存在冪等元e∈La?,~∩E(S),f∈Ra?,~∩E(S),使得θ(a)L?,~θ(e),θ(a)R?,~Vθ(f).
證明顯然,必要性成立.下證充分性.假設(shè)a,b∈(S,E(S))且aR?,~E(S)b.因?yàn)?(S,E(S))為r-寬大半群,則存在冪等元f,g∈E(S),使得aR?,~E(S)f,bR?,~E(S)g.顯然,fR?,~E(S)g.據(jù)引理3,fRg.又因?yàn)?θ是一個(gè)半群同態(tài),則θ(f)Rθ(g),故有θ(f)R?,~Vθ(g).據(jù)假設(shè),θ(a)R?,~Vθ(f),θ(b)R?,~Vθ(g),故θ(a)R?,~Vθ(b).這表明aR?,~E(S)b蘊(yùn)含θ(a)R?,~Vθ(b).類似地,可證aL?,~b蘊(yùn)含θ(a)L?,~θ(b).故 θ為允許同態(tài).證畢.
引理 5令 ρ為r-寬大半群(S,E(S))上 的允許同余.則 ((S,E(S))/ρ,E(S)/ρ)是E(S)/ρ上的r-寬大半群.
證明記(T,V)=((S,E(S))/ρ,E(S)/ρ).據(jù)引理4,對(duì)任意a∈(S,E(S)),存在冪等元e∈La?,~∩E(S),f∈Ra?,~∩E(S),使得aρL?,~eρ,aρR?,~V fρ.顯然eρ,fρ ∈V,且V?E(T).這證明了 ((S,E(S))/ρ,E(S)/ρ)為E(S)/ρ上的r-寬大半群.證畢.
對(duì)于擬弱適當(dāng)半群S,如果E(S)是 一個(gè)帶E,我們用E(e)表 示帶E中包含冪等元e的 D-類.
定義 1在擬弱適當(dāng)半群S上定義關(guān)系 δ如下:
定義 2在帶E的 D-類上定義一個(gè)偏序集如下:
引理 6令S為擬弱適當(dāng)半群,a,b∈S,aδb且 R?,~為左同余.則下列3 款成立:
(ⅰ)E(a+)=E(b+),E(a?)=E(b?);
(ⅱ)E(a+)aE(a?)=E(b+)bE(b?);
(ⅲ)aδ=E(a+)aE(a?).
證明(ⅰ)因aδb,則存在e∈E(a+),f∈E(a?),使得b=eaf.顯然eb=b.由bR?,~b+和 R?,~為左同余,得b+R?,~eb+.據(jù)引理3,知b+Reb+,于是有eb+=b+,從而E(a+)E(b+)?E(b+),故E(b+)≤E(a+).類似地,可證E(b?)≤E(a?).這意味著a+b+∈E(b+),b?a?∈E(b?).又因?yàn)?/p>
這表明了bδa.顯然,(a+b+)a=a.又由aR?,~a+和 R?,~為左同余,知a+R?,~(a+b+)a+.再由引理3,知a+R(a+b+)a+,于是有(a+b+)a+=a+,從而E(b+)E(a+)?E(a+),故E(a+)≤E(b+).類似可證E(a?)≤E(b?).這證明了E(a+)=E(b+),E(a?)=E(b?).
c∈E(b+)bE(b?)g∈E(b+)=E(a+)h∈E(b?)=E(a?)
(ⅱ)設(shè),則存在冪等元,,使得
因此,E(b+)bE(b?)?E(a+)aE(a?).
反之,設(shè)d∈E(a+)aE(a?),則存在冪等元 λ ∈E(a+)=E(b+),μ∈E(a?)=E(b?),使得
因此,E(a+)aE(a?)?E(b+)bE(b?).故E(a+)aE(a?)=E(b+)bE(b?).
(ⅲ) 由 δ定義可得(ⅲ)成立.證畢.
引理 7令S為r-寬大半群,E(S)為 正規(guī)帶,且 R?,~為左同余.則下列3 款成立:
(ⅰ)δ為S上的同余關(guān)系;
(ⅱ) δ為S上的允許同余;
(ⅲ)S/δ為弱適當(dāng)半群.
證明 1(ⅰ)顯然,δ是自反的.由引理6(ⅰ)的證明,得 δ是對(duì)稱的.下證 δ是傳遞的.令a,b,c∈S,使得aδb,bδc.則存在e∈E(a+),f∈E(a?),g∈E(b+),h∈E(b?),使得b=eaf,c=gbh.因此c=geafh,據(jù)引理6,知E(a+)=E(b+)=E(c+),E(a?)=E(b?)=E(c?),于是有g(shù)e∈E(a+),fh∈E(a?),從而aδc.這表明 δ是傳遞的.因此,δ是S上的等價(jià)關(guān)系.
要證 δ是S上的同余關(guān)系,只需再證 δ是相容的.為此,假設(shè)aδb.則存在e∈E(a+),f∈E(a?),使得b=ea f.因此,對(duì)于任意c∈S,由E(S)為正規(guī)帶,得
又因?yàn)?R?,~為 左同余,則 (bc)+R?,~(bc)+(ac)+.據(jù)引理3,(bc)+R(bc)+(ac)+.因此,(bc)+=((bc)+(ac)+)(bc)+且(bc)+(ac)+=(bc)+((bc)+(ac)+),故E((bc)+)≤E((bc)+(ac)+)且E((bc)+(ac)+)≤E((bc)+).這證明了E((bc)+)=E((bc)+(ac)+).因?yàn)?((bc)+(ac)+)(ac)+=(bc)+(ac)+,則E((bc)+(ac)+)≤E((ac)+),因此,E((bc)+)≤E((ac)+).根據(jù) δ的對(duì)稱性,類似地,可證ac=(ac)+bc.因此,E((ac)+)≤E((bc)+),故E((ac)+)=E((bc)+).又據(jù)bc=(bc)+ac=(bc)+ac(ac)?,其中 (bc)+∈E((bc)+)=E((ac)+),(ac)?∈E((ac)?).因此,acδbc,δ是右相容的.類似地,可證 δ是左相容的.這證明了 δ 是S上的同余關(guān)系.
(ⅱ)令aL?,~b.設(shè)x,y∈S1,(ax)δ=(ay)δ,則存在m∈E((ax)+),n∈E((ax)?),使得ay=maxn.又因?yàn)镋(S)是正規(guī)帶,則有
由aL?,~b,得by=bxn=(bx)+bxn.又因?yàn)閍L?,~b且 L?,~為 右同余,則axL?,~bx,從而有 (ax)?L?,~(bx)?.據(jù)引理3,得 (ax)?L(bx)?,因此 (ax)?=(ax)?(bx)?且 (bx)?=(bx)?(ax)?.故E((ax)?)≤E((bx)?)且E((bx)?)≤E((ax)?).這證明E((ax)?)=E((bx)?).又據(jù)by=(bx)+bxn,其中n∈E((ax)?)=E((bx)?),(bx)+∈E((bx)+),因此,(bx)δ=(by)δ.類似可證 (bx)δ=(by)δ蘊(yùn)含 (ax)δ=(ay)δ.這證明了aδL?,~bδ.
令aR?,~b.設(shè)e∈E(S),eδaδ=aδ,則存在p∈E((ea)+),q∈E((ea)?),使得a=peaq.顯然,aq=a.因此aqR?,~b.又 由aq=a=peaq,得b=peb=peb(eb)?.因aR?,~b且 R?,~為左同余,則eaR?,~eb.從而 (ea)+R?,~(eb)+.據(jù)引理3,(ea)+R(eb)+,因此,(ea)+=(eb)+(ea)+且 (eb)+=(ea)+(eb)+.故E((ea)+)≤E((eb)+)且E((eb)+)≤E((ea)+),這 證明 了E((ea)+)=E((eb)+).又據(jù)b=peb(eb)?,其中p∈E((ea)+)=E((eb)+),(eb)?∈E((eb)?),因此,eδbδ=bδ.類似可證eδbδ=bδ 蘊(yùn)含eδaδ=aδ.這就證明了aδR?,~Vbδ,V=E(S)/δ.因此,δ 為S上的允許同余.
(ⅲ)顯然S/δ是 L?,~-富足和 R?,~-富足的,則S/δ為r-寬大半群.
下證E(S/δ)為 半格.因?yàn)镾為r-寬大半群,則對(duì)任意a∈E(S),存在e,f∈E(S),使得aL?,~e,aR?,~f.據(jù)引理3,aLe,aRf.因此a=ae且e=ea,a=fa且f=af,因?yàn)镋(S)為正規(guī)帶,則進(jìn)而fLef,eRef.又因?yàn)閑 fR?,~(e f)+和e fL?,~(e f)?,則e fR(ef)+,e fL(ef)?.從而fLe fR(e f)+,eRefL(ef)?,因此fD(ef)+,eD(ef)?,故f∈E((ef)+),e∈E((ef)?).又因?yàn)镋(S)為 正規(guī)帶,則fe=f fee=fefe,其中f∈E((ef)+),e∈E((ef)?),故有e fδfe,從而eδfδ=fδeδ.這證明了E(S/δ)為 半格.因此,S/δ為弱適當(dāng)半群.證畢.
引理8[11]令S為弱適當(dāng)半群,E(S)為S的冪等元集,且a,b∈S.則下列5 款成立:
(ⅰ)aL?,~b當(dāng)且僅當(dāng)a?=b?;aR?,~b當(dāng)且僅當(dāng)a+=b+;
(ⅱ) 一般地,(ab)?=(a?b)?,但 (ab)+≠(ab+)+;
(ⅲ) 若 R?,~為 左同余,則 (ab)+=(ab+)+;
(ⅳ) 對(duì)任意e∈E(S),(ae)?=a?e;若 R?,~是 左同余,則 (ea)+=ea+;
(ⅴ) 若 R?,~為 左同余,則 (ab)+≤a+,(ab)?≤b?,其中 ≤是E(S)上的自然偏序.
令半群T為弱適當(dāng)半群,Y為其冪等元集的半格.令為一左正規(guī)帶關(guān)于左零帶Lα的強(qiáng)半格,為 一右正規(guī)帶關(guān)于右零帶Rα的強(qiáng)半格.設(shè)集合QS=QS(L,R,T;Y)={(e,a,f)∈L×T×R:a∈T,e∈La+,f∈Ra?}.定義QS上的乘法如下:
其中ab為a和b在T上的積.據(jù)引理8(ⅴ),知 (ab)+≤a+,(abc)+≤(ab)+.因 此,a+≥(ab)+≥(abc)+,故φa+,(ab)+φ(ab)+,(abc)+=φa+,(abc)+.對(duì)任意 (e,a,f),(u,b,v),(i,c,j)∈QS,有
因此,QS關(guān)于上述運(yùn)算構(gòu)成半群.我們把QS稱為左正規(guī)帶L,右正規(guī)帶R和弱適當(dāng)半群T關(guān)于半格Y的擬織積.
引理 9令QS為左正規(guī)帶L,右正規(guī)帶R和弱適當(dāng)半群T關(guān)于半格Y的擬織積,(e,a,f),(u,b,v)∈QS,且R?,~為左同余.則下列4 款成立:
(ⅰ) (e,a,f)∈E(QS)當(dāng)且僅當(dāng)a∈E(T);
(ⅱ) (e,a,f)L?,~(a?,a?,f),(e,a,f)R?,~(e,a+,a+);
(ⅲ) (e,a,f)L?,~(u,b,v)當(dāng)且僅當(dāng)aL?,~(T)b且f=v;
(ⅳ) (e,a,f)R?,~(u,b,v)當(dāng)且僅當(dāng)aR?,~(T)b且e=u.
證明(ⅰ)設(shè) (e,a,f)∈E(QS).則 (e,a,f)=(e,a,f)(e,a,f)=(eφa+,(a2)+,a2,fψa?,(a2)?).因此a2=a,即a∈E(T).反之,假設(shè)a∈E(T),則a2=a,從而
從而有ac=ad且hψc?,(ac)?=hψd?,(ad)?.因?yàn)閍L?,~a?,則a?c=a?d.又因?yàn)長?,~為右同余,則acL?,~a?c,adL?,~a?d,從而 (ac)?L?,~(a?c)?,(ad)?L?,~(a?d)?.據(jù)引理8(ⅰ),知 (ac)?=(a?c)?,(ad)?=(a?d)?,故有
因此,(e,a,f)L?,~(a?,a?,f).
下證 (e,a,f)R?,~(e,a+,a+).令 (e,a,f),(e,a+,a+)∈QS,則
再令 (g,c,h)∈E(QS),則c∈E(T).假設(shè) (g,c,h)(e,a,f)=(e,a,f),則
從而ca=a且gφc+,(ca)+=e.因?yàn)閍R?,~a+,則 (ca)+R?,~a+,據(jù)引理8,知a+=(ca)+=(ca+)+=ca+.故
因此,(e,a,f)R?,~(e,a+,a+).
(ⅲ) 由(ⅱ),得 (e,a,f)L?,~(a?,a?,f),(u,b,v)L?,~(b?,b?,v).因?yàn)閍?,b?∈E(T),且T為弱適當(dāng)半群,則a?b?=b?a?.又由(ⅰ),得 (a?,a?,f),(b?,b?,v)∈E(QS).據(jù)引理3,有
類似地,可證(ⅳ)成立.證畢.
定理 1半群QS=QS(L,R,T;Y)是冪等元集為正規(guī)帶的r-寬大半群.
證 明據(jù)引理9,對(duì)任意 (e,a,f)∈QS,有 (e,a,f)L?,~(a?,a?,f),(e,a,f)R?,~(e,a+,a+),其中(a?,a?,f),(e,a+,a+)∈E(QS).因此,QS為r-寬大半群.
下證E(QS)為正規(guī)帶.令 (e,a,f),(u,b,v),(i,c,j),(s,d,t)∈E(QS).由引理9(ⅰ),得a,b,c,d∈E(T).因T為弱適當(dāng)半群,則由冪等元可交換得abcd=acbd.從而有
因此,E(QS)為正規(guī)帶.故QS=QS(L,R,T;Y)是冪等元集為正規(guī)帶的r-寬大半群.證畢.
定理 2令QS=QS(L,R,T;Y),且R?,~為左同余.則QS/δ ?T.
證明構(gòu)造映射?:QS/δ →T,(e,a,f)δa.令a,b∈T,(e,a,f),(u,b,v)∈QS.設(shè) (e,a,f)δ=(u,b,v)δ,則存在(i,c,j)∈E((u,b,v)+),(s,d,t)∈E((u,b,v)?),使得 (e,a,f)=(i,c,j)(u,b,v)(s,d,t).據(jù)引理9(ⅰ),知c,d∈E(T).
下面證明 (e,a,f)R?,~(i,c,j).顯然,(i,c,j)(e,a,f)=(e,a,f).假設(shè)對(duì)任意 (x,g,y)∈E(QS),有(x,g,y)(e,a,f)=(e,a,f).則我們可以得到(1)式
因?yàn)?(s,d,t)∈E((u,b,v)?),則存在(λ,k,μ)∈E(QS),使得 (s,d,t)R(λ,k,μ)L(u,b,v)?,故(λ,k,μ)=(s,d,t)(λ,k,μ).再將(1) 式的兩邊同時(shí)右乘(λ,k,μ)后可得(2)式
又因?yàn)?λ,k,μ)L(u,b,v)?,(u,b,v)L?,~(u,b,v)?,故
從而(2) 式可簡化為 (x,g,y)(i,c,j)(u,b,v)=(i,c,j)(u,b,v).因?yàn)镽?,~為左同余,且 (u,b,v)R?,~(u,b,v)+,則(i,c,j)(u,b,v)R?,~(i,c,j)(u,b,v)+.據(jù)R?,~的定義,對(duì)任意 (x,g,y)∈E(QS),當(dāng)(x,g,y)(i,c,j)(u,b,v)=(i,c,j)(u,b,v)時(shí),(x,g,y)(i,c,j)(u,b,v)+=(i,c,j)(u,b,v)+成立.從而 (x,g,y)(i,c,j)(u,b,v)+(i,c,j)=(i,c,j)(u,b,v)+(i,c,j),即(x,g,y)(i,c,j)=(i,c,j).這證明了 (e,a,f)R?,~(i,c,j).
下證 (e,a,f)L?,~(s,d,t).顯然 (e,a,f)(s,d,t)=(e,a,f).假設(shè)對(duì)任意 (x,g,y),(λ,k,μ)∈QS1,有(e,a,f)(x,g,y)=(e,a,f)(λ,k,μ),則我們可以得到(3)式
因?yàn)?(i,c,j)∈E((u,b,v)+),則存在 (p,h,q)∈E(QS),使得 (i,c,j)L(p,h,q)R(u,b,v)+,故 (p,h,q)=(p,h,q)(i,c,j).再將(3)式的兩邊同時(shí)左乘 (p,h,q)后可得(4) 式:
又因?yàn)?(p,h,q)R(u,b,v)+,(u,b,v)R?,~(u,b,v)+,則
從而(4) 式可簡化為 (u,b,v)(s,d,t)(x,g,y)=(u,b,v)(s,d,t)(λ,k,μ).因?yàn)長?,~為右同余,且 (u,b,v)L?,~(u,b,v)?,則(u,b,v)(s,d,t)L?,~(u,b,v)?(s,d,t).又據(jù)L?,~的定義,得 (u,b,v)?(s,d,t)(x,g,y)=(u,b,v)?(s,d,t)(λ,k,μ).再兩邊同時(shí)左乘 (s,d,t)可得 (s,d,t)(u,b,v)?(s,d,t)(x,g,y)=(s,d,t)(u,b,v)?(s,d,t)(λ,k,μ),即 (s,d,t)(x,g,y)=(s,d,t)(λ,k,μ).這證明了 (e,a,f)L?,~(s,d,t).
據(jù)引理9,知aR?,~c,aL?,~d,從而a+R?,~c,a?L?,~d.又據(jù)引理8(ⅰ),a+=c,a?=d,因此,a=cbd=a+ba?.類似地有b=b+ab?成立.因T為弱適當(dāng)半群,則由冪等元交換得
從而 (e,b+,v) ∈E((u,b,v)+),(u,b?,f)∈E((u,b,v)?),因此 (e,a,f)δ=(u,b,v)δ.綜上可知QS/δ ?T.證畢.
定理 3令S是冪等元集為正規(guī)帶的r-寬大半群,且R?,~為左同余.則,其中 LE,RE和 DE為E上的格林關(guān)系.
證明假設(shè)S是冪等元集為正規(guī)帶的r-寬大半群.由E(S)為 正規(guī)帶,知E(S)為矩形帶Eα的強(qiáng)半格S(Y;Eα;?α,β),這里Eα是E的 D -類.因此Y?E/DE.令Eα為 左零帶Lα與右零帶Rα的直積,即Eα=Lα×Rα.據(jù)文獻(xiàn)[10]的推論4.4.3,半群同態(tài)α,β:Eα→Eβ(α ≥β)決定了同態(tài)映射φα,β:Lα→Lβ和ψα,β:Rα→Rβ,使得對(duì)任意(lα,rα)∈Eα,有 (lα,rα)?α,β=(lαφα,β,rαψα,β).同時(shí)L和R分 別為左正規(guī)帶和右正規(guī)帶,顯然L和R關(guān)于半格Y的織積為E,因此L?E/RE,R?E/LE.因?yàn)镋(S)為 正規(guī)帶,據(jù)引理7,知 δ為 允許同余且S/δ為弱適當(dāng)半群.注意到 δ對(duì)E的限制 δ|E為DE,因此,E(S/δ)?Y.
為簡單起見,我們分別用L,R和Y來表示E/RE,E/LE和E/DE.構(gòu)造映射
由S/δ為 弱適當(dāng)半群和引理8,得 δ((ab)+)=δ(a+)δ((ab)+)=δ((ab)+)δ(a+),故 δ(a+)≥δ((ab)+).因此,由 RE是E上的同余,得
最后,證明θ 是滿射.令(e,x,f)∈QS(L,R,S/δ;Y),則存在a∈S,使得令冪等元g,h∈E(S),則,于是有δ(g)=δ(a+)=(δ(a))+,δ (h)=δ(a?)=(δ(a))?,從 而δ(g)δ(a)δ(h)=(δ(a))+δ(a)(δ(a))?=δ(a).因?yàn)?θ是同態(tài)映射,則