Lektion 2.3

Beispiele für Ringe

20 min Lesezeit

Nachdem wir die Definition kennen, schauen wir uns konkrete Beispiele an. Die Vielfalt zeigt, wie universell der Ring-Begriff ist.

Beispiel

Die Zahlenringe

Die ganzen Zahlen Z\mathbb{Z}:
- Kommutativ, Einselement 11, Nullelement 00
- Nicht jedes Element hat ein multiplikatives Inverses

Die rationalen, reellen, komplexen Zahlen Q,R,C\mathbb{Q}, \mathbb{R}, \mathbb{C}:
- Kommutativ
- Jedes Element 0\neq 0 ist invertierbar (Körper)

Beispiel

Restklassenring Z/nZ\mathbb{Z}/n\mathbb{Z}

Z/nZ={[0],[1],,[n1]}\mathbb{Z}/n\mathbb{Z} = \{[0], [1], \ldots, [n-1]\} mit:

[a]+[b]=[a+b][a] + [b] = [a + b]
[a][b]=[ab][a] \cdot [b] = [a \cdot b]

Beispiel in Z/6Z\mathbb{Z}/6\mathbb{Z}:
[4]+[5]=[9]=[3][4] + [5] = [9] = [3]
[4][5]=[20]=[2][4] \cdot [5] = [20] = [2]

Beispiel

Funktionenring

Die Menge aller Abbildungen f:MRf: M \to R ist ein Ring:

(f+g)(x)=f(x)+g(x)(f + g)(x) = f(x) + g(x)
(fg)(x)=f(x)g(x)(f \cdot g)(x) = f(x) \cdot g(x)

Nullelement: 0(x)=0R0(x) = 0_R
Einselement: 1(x)=1R1(x) = 1_R

Spezialfall: Stetige Funktionen auf [0,1][0,1]

Beispiel

Matrizenring Mn(R)M_n(R)

Die n×nn \times n-Matrizen über RR bilden einen Ring.

Für n2n \geq 2 ist er NICHT kommutativ!

A=(1000),B=(0100)A = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 0 \end{pmatrix}, B = \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix}

AB=(0100)(0000)=BAAB = \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} \neq \begin{pmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} = BA

Beispiel

Nullteiler

In manchen Ringen gilt ab=0a \cdot b = 0 obwohl a0a \neq 0 und b0b \neq 0. Solche Elemente heißen Nullteiler.

In Z/6Z\mathbb{Z}/6\mathbb{Z}: [2][3]=[6]=[0][2] \cdot [3] = [6] = [0]

In M2(R)M_2(\mathbb{R}):
(1000)(0001)=(0000)\begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{pmatrix}

In Z\mathbb{Z}, Q\mathbb{Q}, R\mathbb{R} gibt es keine Nullteiler!

Zusammenfassung

  • Z\mathbb{Z}, Q\mathbb{Q}, R\mathbb{R}, C\mathbb{C} sind kommutative Ringe

  • Z/nZ\mathbb{Z}/n\mathbb{Z} wichtig für Zahlentheorie und Kryptographie

  • Matrizenringe sind nicht kommutativ

  • Nullteiler: ab=0ab = 0 mit a,b0a, b \neq 0

Übungen

Aufgabe 1Multiple Choice

Welcher Ring ist NICHT kommutativ?

Aufgabe 2Numerisch

Berechne [5][4][5] \cdot [4] in Z/7Z\mathbb{Z}/7\mathbb{Z}. (Gib 0-6 an)

Lektion 2.3 · Ringe
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Beispiele für Ringe

Nachdem wir die Definition kennen, schauen wir uns konkrete Beispiele an. Die Vielfalt zeigt, wie universell der Ring-Begriff ist.

Beispiel

Die Zahlenringe

Die ganzen Zahlen Z\mathbb{Z}:
- Kommutativ, Einselement 11, Nullelement 00
- Nicht jedes Element hat ein multiplikatives Inverses

Die rationalen, reellen, komplexen Zahlen Q,R,C\mathbb{Q}, \mathbb{R}, \mathbb{C}:
- Kommutativ
- Jedes Element 0\neq 0 ist invertierbar (Körper)

Beispiel

Restklassenring Z/nZ\mathbb{Z}/n\mathbb{Z}

Z/nZ={[0],[1],,[n1]}\mathbb{Z}/n\mathbb{Z} = \{[0], [1], \ldots, [n-1]\} mit:

[a]+[b]=[a+b][a] + [b] = [a + b]
[a][b]=[ab][a] \cdot [b] = [a \cdot b]

Beispiel in Z/6Z\mathbb{Z}/6\mathbb{Z}:
[4]+[5]=[9]=[3][4] + [5] = [9] = [3]
[4][5]=[20]=[2][4] \cdot [5] = [20] = [2]

Beispiel

Funktionenring

Die Menge aller Abbildungen f:MRf: M \to R ist ein Ring:

(f+g)(x)=f(x)+g(x)(f + g)(x) = f(x) + g(x)
(fg)(x)=f(x)g(x)(f \cdot g)(x) = f(x) \cdot g(x)

Nullelement: 0(x)=0R0(x) = 0_R
Einselement: 1(x)=1R1(x) = 1_R

Spezialfall: Stetige Funktionen auf [0,1][0,1]

Beispiel

Matrizenring Mn(R)M_n(R)

Die n×nn \times n-Matrizen über RR bilden einen Ring.

Für n2n \geq 2 ist er NICHT kommutativ!

A=(1000),B=(0100)A = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 0 \end{pmatrix}, B = \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix}

AB=(0100)(0000)=BAAB = \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} \neq \begin{pmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} = BA

Beispiel

Nullteiler

In manchen Ringen gilt ab=0a \cdot b = 0 obwohl a0a \neq 0 und b0b \neq 0. Solche Elemente heißen Nullteiler.

In Z/6Z\mathbb{Z}/6\mathbb{Z}: [2][3]=[6]=[0][2] \cdot [3] = [6] = [0]

In M2(R)M_2(\mathbb{R}):
(1000)(0001)=(0000)\begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} \cdot \begin{pmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{pmatrix}

In Z\mathbb{Z}, Q\mathbb{Q}, R\mathbb{R} gibt es keine Nullteiler!

Zusammenfassung

  • Z\mathbb{Z}, Q\mathbb{Q}, R\mathbb{R}, C\mathbb{C} sind kommutative Ringe

  • Z/nZ\mathbb{Z}/n\mathbb{Z} wichtig für Zahlentheorie und Kryptographie

  • Matrizenringe sind nicht kommutativ

  • Nullteiler: ab=0ab = 0 mit a,b0a, b \neq 0