Lektion 2.2

Definition eines Rings

20 min Lesezeit

Nachdem wir verstanden haben, warum wir Ringe betrachten, kommen wir nun zur präzisen Definition. Ein Ring formalisiert die Rechenregeln, die wir von den ganzen Zahlen kennen.

Die Definition mag auf den ersten Blick umfangreich erscheinen, aber sie fasst nur die Eigenschaften zusammen, die wir intuitiv vom Rechnen mit ganzen Zahlen erwarten.

Definition

Ring

Eine Menge RR mit zwei Verknüpfungen ++ (Addition) und \cdot (Multiplikation) heißt ein Ring, wenn gilt:

Axiom 1: (R,+)(R, +) ist eine abelsche Gruppe:
- Assoziativität: (a+b)+c=a+(b+c)(a + b) + c = a + (b + c)
- Neutrales Element 0R0_R: a+0R=aa + 0_R = a
- Additive Inverse: Zu jedem aa gibt es a-a mit a+(a)=0Ra + (-a) = 0_R
- Kommutativität: a+b=b+aa + b = b + a

Axiom 2: Die Multiplikation ist assoziativ:
(ab)c=a(bc)(a \cdot b) \cdot c = a \cdot (b \cdot c)

Axiom 3: Es existiert ein Einselement 1R1_R mit:
1Ra=a1R=a1_R \cdot a = a \cdot 1_R = a für alle aRa \in R

Axiom 4: Distributivgesetze:
a(b+c)=ab+aca \cdot (b + c) = a \cdot b + a \cdot c
(b+c)a=ba+ca(b + c) \cdot a = b \cdot a + c \cdot a

(R,+,) ist ein Ring(R, +, \cdot) \text{ ist ein Ring}
Definition

Kommutativer Ring

Ein Ring RR heißt kommutativ, wenn zusätzlich gilt:

ab=baa \cdot b = b \cdot a für alle a,bRa, b \in R

Beispiele: Z\mathbb{Z}, Q\mathbb{Q}, R\mathbb{R}, C\mathbb{C}, Z/nZ\mathbb{Z}/n\mathbb{Z}

Gegenbeispiel: Der Ring der n×nn \times n-Matrizen (für n2n \geq 2)

kommutativ: ab=ba\text{kommutativ: } a \cdot b = b \cdot a
Definition

Teilring

Eine Teilmenge TRT \subseteq R heißt Teilring, wenn:

1. 1RT1_R \in T
2. t1+t2Tt_1 + t_2 \in T und t1t2Tt_1 \cdot t_2 \in T für alle t1,t2Tt_1, t_2 \in T
3. tT-t \in T für alle tTt \in T

Beispiel: ZQRC\mathbb{Z} \subseteq \mathbb{Q} \subseteq \mathbb{R} \subseteq \mathbb{C}

TR TeilringT \subseteq R \text{ Teilring}
Beispiel

Axiome prüfen: Z\mathbb{Z}

Z\mathbb{Z} mit üblicher Addition und Multiplikation ist ein kommutativer Ring:

  • (Z,+)(\mathbb{Z}, +) abelsche Gruppe: 00 neutral, a-a invers ✓
  • Multiplikation assoziativ: (23)4=2(34)=24(2 \cdot 3) \cdot 4 = 2 \cdot (3 \cdot 4) = 24
  • Einselement: 1a=a1 \cdot a = a
  • Distributiv: 3(4+5)=27=12+153 \cdot (4 + 5) = 27 = 12 + 15
  • Kommutativ: 23=322 \cdot 3 = 3 \cdot 2

Konventionen:

  • Punkt vor Strich: ab+c=(ab)+ca \cdot b + c = (a \cdot b) + c
  • Malpunkt weglassen: ab+cab + c statt ab+ca \cdot b + c

Zusammenfassung

  • Ring = abelsche Gruppe (R,+)(R,+) + assoziative Multiplikation + Distributivgesetz

  • Kommutativität der Multiplikation ist optional

  • Teilring: abgeschlossen unter ++, \cdot, Negation und enthält 11

Übungen

Aufgabe 1Multiple Choice

Welche Eigenschaft ist NICHT Teil der Ring-Definition?

Lektion 2.2 · Ringe
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Definition eines Rings

Nachdem wir verstanden haben, warum wir Ringe betrachten, kommen wir nun zur präzisen Definition. Ein Ring formalisiert die Rechenregeln, die wir von den ganzen Zahlen kennen.

Die Definition mag auf den ersten Blick umfangreich erscheinen, aber sie fasst nur die Eigenschaften zusammen, die wir intuitiv vom Rechnen mit ganzen Zahlen erwarten.

Definition

Ring

Eine Menge RR mit zwei Verknüpfungen ++ (Addition) und \cdot (Multiplikation) heißt ein Ring, wenn gilt:

Axiom 1: (R,+)(R, +) ist eine abelsche Gruppe:
- Assoziativität: (a+b)+c=a+(b+c)(a + b) + c = a + (b + c)
- Neutrales Element 0R0_R: a+0R=aa + 0_R = a
- Additive Inverse: Zu jedem aa gibt es a-a mit a+(a)=0Ra + (-a) = 0_R
- Kommutativität: a+b=b+aa + b = b + a

Axiom 2: Die Multiplikation ist assoziativ:
(ab)c=a(bc)(a \cdot b) \cdot c = a \cdot (b \cdot c)

Axiom 3: Es existiert ein Einselement 1R1_R mit:
1Ra=a1R=a1_R \cdot a = a \cdot 1_R = a für alle aRa \in R

Axiom 4: Distributivgesetze:
a(b+c)=ab+aca \cdot (b + c) = a \cdot b + a \cdot c
(b+c)a=ba+ca(b + c) \cdot a = b \cdot a + c \cdot a

(R,+,) ist ein Ring(R, +, \cdot) \text{ ist ein Ring}
Definition

Kommutativer Ring

Ein Ring RR heißt kommutativ, wenn zusätzlich gilt:

ab=baa \cdot b = b \cdot a für alle a,bRa, b \in R

Beispiele: Z\mathbb{Z}, Q\mathbb{Q}, R\mathbb{R}, C\mathbb{C}, Z/nZ\mathbb{Z}/n\mathbb{Z}

Gegenbeispiel: Der Ring der n×nn \times n-Matrizen (für n2n \geq 2)

kommutativ: ab=ba\text{kommutativ: } a \cdot b = b \cdot a
Definition

Teilring

Eine Teilmenge TRT \subseteq R heißt Teilring, wenn:

1. 1RT1_R \in T
2. t1+t2Tt_1 + t_2 \in T und t1t2Tt_1 \cdot t_2 \in T für alle t1,t2Tt_1, t_2 \in T
3. tT-t \in T für alle tTt \in T

Beispiel: ZQRC\mathbb{Z} \subseteq \mathbb{Q} \subseteq \mathbb{R} \subseteq \mathbb{C}

TR TeilringT \subseteq R \text{ Teilring}
Beispiel

Axiome prüfen: Z\mathbb{Z}

Z\mathbb{Z} mit üblicher Addition und Multiplikation ist ein kommutativer Ring:

  • (Z,+)(\mathbb{Z}, +) abelsche Gruppe: 00 neutral, a-a invers ✓
  • Multiplikation assoziativ: (23)4=2(34)=24(2 \cdot 3) \cdot 4 = 2 \cdot (3 \cdot 4) = 24
  • Einselement: 1a=a1 \cdot a = a
  • Distributiv: 3(4+5)=27=12+153 \cdot (4 + 5) = 27 = 12 + 15
  • Kommutativ: 23=322 \cdot 3 = 3 \cdot 2

Konventionen:

  • Punkt vor Strich: ab+c=(ab)+ca \cdot b + c = (a \cdot b) + c
  • Malpunkt weglassen: ab+cab + c statt ab+ca \cdot b + c

Zusammenfassung

  • Ring = abelsche Gruppe (R,+)(R,+) + assoziative Multiplikation + Distributivgesetz

  • Kommutativität der Multiplikation ist optional

  • Teilring: abgeschlossen unter ++, \cdot, Negation und enthält 11