题目
请检查下面的定理是否正确?设 langle S, * rangle 是一个半群,如果 S 是一个有限集,则必有 a in S,使 a * a = B。A. 正确B. 错误
请检查下面的定理是否正确?设 $\langle S, * \rangle$ 是一个半群,如果 S 是一个有限集,则必有 $a \in S$,使 $a * a = B$。
A. 正确
B. 错误
题目解答
答案
A. 正确
解析
本题考查半群的性质以及有限集的相关知识。解题的关键思路是利用半群的封闭性和有限集元素个数有限这两个条件,通过构造元素序列并分析其元素情况来证明存在满足条件的元素。
- 因为$\langle S, * \rangle$是半群,根据半群的定义,对于任意的$x,y\in S$,都有$x * y\in S$,即运算$*$在集合$S$上是封闭的。
- 由于$S$是有限集,设$S = \{x_1,x_2,\cdots,x_n\}$,其中$n$为集合$S$的元素个数。
- 考虑元素序列$x_1,x_1 * x_1,x_1 * x_1 * x_1,\cdots$。因为运算$*$封闭,所以这个序列中的每一个元素都属于$S$。
- 又因为$S$中只有$n$个不同的元素,根据抽屉原理,在这个无限长的序列中必然存在两个元素是相等的。不妨设$x_1 * x_1 * \cdots * x_1$($i$个$x_1$相乘)$=x_1 * x_1 * \cdots * x_1$($j$个$x_1$相乘),其中$i>j$。
- 令$a = x_1 * x_1 * \cdots * x_1$($j$个$x_1$相乘),那么$a * a=x_1 * x_1 * \cdots * x_1$($2j$个$x_1$相乘)$=x_1 * x_1 * \cdots * x_1$($i + j$个$x_1$相乘)$=a$。所以必有$a\in S$,使$a * a = a$。