体における加法・乗法をからめた性質
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分配則乗法の単位元の逆元との積0との積積の乗法の逆元積と符号(1)積と符号(2)  
体の性質関連ページ:加法乗法、  
体についての関連ページ:体の定義順序体の定義実数体の定義
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体における加法・乗法の分配則  
    
[本部『新しい代数4.1B(p.83);岩波数学辞典』項目229A(p.643);
    斉藤『数学の基礎:集合・数・位相2章§1定義2.1.8 (p.37);斎藤『線形代数入門』附録V§2(p.249);
    ホフマン『線形代数学I 1章§1.1(p.1);永田『理系のための線形代数の基礎1.9(p.45);
    
神谷・浦井『経済学のための数学入門2.1.1(p. 57)]
(設定)
K:  
の定義により、Kに定義された加法。  
xy の定義により、Kに定義された乗法。  
(本題)
どんなふうに、
x,y,zKを選んでも、 ( xy )z = xzyz , z(xy )= zxzy が成り立つ。
  つまり、 
( x,y,zK ) ( ( xy )z = xzyz , z(xy )= zxzy )
なぜ? 体の定義―条件Dより、
     
( x,y,zX ) ( ( xy )z = xzyz , z(xy )= zxzy )を満たす代数系Xを、Kと呼ぶのだから、
     
( x,y,zK ) ( ( xy )z = xzyz , z(xy )= zxzy )は必ず成り立つ。
     成り立たなければ、それらは
Kではない。

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定理:0との積
 
[永田『代数学入門』定理1.4.2(p.12);松坂『解析入門11.3命題3(a)(p.29)
  杉浦『解析入門I1章§1-[2]1vi(p.2);神谷浦井『経済学のための数学入門2.1.1(1)(p.63)]
(設定)
K:  
xy の定義により、Kに定義された乗法。  
(本題)
どんな
xKでも、0との積は0
  つまり、 
( xK ) ( 0x=x0=0 )
常識的には、 0x=x0=0は自明だが、
 アカデミックな数学は、
0を加法の単位元として定義するだけ。
 だから、加法の単位元
0が乗法でどのように振る舞うかは自明ではない。
 「
0x=x0=0」は、加法の単位元と実数との乗法の結果は、常に加法の単位元であると主張しているわけで、
 それはそれで、驚くべきこと。

なぜ? [永田『代数学入門』定理1.4.2(p.12);杉浦『解析入門I1章§1-[2]1vi(p.2);
       神谷浦井『経済学のための数学入門2.1.1(1)(p.63)]
  0+0=0 ∵体のいかなる要素も0との和は0  
  だから、
(0+0)x=0x …(1) 
  
分配則より、(0+0)x=0x+0x だから、これで、(1)の左辺を書きかえると、
  
0x+0x=0x  
  両辺に、‐
0xを加えて、
  
0x+0x+(0x)=0x+(0x) 
  
体の元とその加法の逆元との和が0であることから、  
  
0x=0 
これは、のみならず、一般について成り立つ。[永田『代数学入門』定理1.4.2(p.12)] 

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定理:乗法の単位元の逆元との積 [赤『実数論講義』定理2.3.2(p.44)] 
(設定)
K:  
xy の定義により、Kに定義された乗法。  
(本題)
どんな
xKでも、「『乗法の単位元』の加法に関する逆元」−1との積は、x加法に関する逆元xに等しい。
つまり、 
( xK ) ( (1)x=x )
(証明)
赤『実数論講義』定理2.3.2(p.44)
積と符号の関係の特殊例として。

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定理:積の、乗法に関する逆元
[永田『代数学入門』定理1.3.3(p.9);杉浦『解析入門I1章§1-[2]1xi(p.2);]
(設定)
K:  
xy の定義により、Kに定義された乗法。  
x-1 の定義により、存在が保証されているxの乗法に関する逆元 
(本題)
どんなふうに、
x,yK−{0} を選んでも、(xy)-1=y-1x-1
  つまり、 
( x,yK−{0} ) ( (xy)-1=y-1x-1 )
なぜ? [永田『代数学入門』定理1.3.3(p.9);]
 x,yを、K−{0} 任意とする。 
 ・
( y-1x-1 ) xy = y-1 (x-1x ) y  ∵体における乗法の結合則 
      
=y-11y   ∵体における自らの乗法に関する逆元との積 
      
=y-1y     ∵体における1との積の性質  
      
=1      ∵体における自らの乗法に関する逆元との積 
 ・
xy ( y-1x-1 ) = x ( y y-1 ) x-1   ∵体における乗法の結合則 
      
= x 1 x-1   ∵体における自らの乗法に関する逆元との積 
      
= xx-1       ∵体における1との積の性質       
      
=1      ∵体における自らの乗法に関する逆元との積 
 以上
2点から、y-1x-1は、xy の乗法に関する逆元の定義を満たすことがわかる。
 つまり、
(xy)-1=y-1x-1   
これは、のみならず、一般について成り立つ。[永田『代数学入門』定理1.3.3(p.9)] 
では可換則が成り立つので、(xy)-1=y-1x-1=x-1y-1

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定理:積と符号(1)
[
杉浦『解析入門I1章§1-[2]1vii(p.2);永田『代数学入門』定理1.4.2(p.12);
 松坂『解析入門11.3命題3(c)(p.29)]
(設定)
K :  
xy の定義により、Kに定義された乗法。
x の定義により、存在が保証されているxの加法に関する逆元  
(本題)
どんなふうに、
x,yK を選んでも、(-x)y=x(-y)= (xy)。   
  つまり、 
( x,yK ) ( (-x)y=x(-y)= - (xy) )
なぜ、(-x)y= - (xy) なのか? 
 
x,yを、K任意とする。 
 ・
x(-x)=0 ∵体の元とその加法の逆元との和は0である 
 ・
0y=0   ∵体における0との積  
 上記2点より、{
x(-x)}y=0 
 
分配則より、xy(-x)y=0  
 
体における加法の可換則より、xy(-x)y=(-x)yxy=0 
 よって、
(-x)yxyの加法に関する逆元の定義を満たす。
 すなわち、
(-x)y= - (xy)  
なぜ、x(-y)= - (xy) なのか? 
 
x,yを、K任意とする。 
 ・
y(-y)=0 ∵体の元とその加法の逆元との和は0である 
 ・
0x=0   ∵体における0との積  
 上記2点より、
x{y(-y)}=0 
 
分配則より、xyx(-y)=0  
 
体における加法の可換則より、xyx(-y)=x(-y)xy=0 
 よって、
x(-y)xyの加法に関する逆元の定義を満たす。
 すなわち、
x(-y)= - (xy)  

これは、のみならず、一般について成り立つ。[永田『代数学入門』定理1.4.2(p.12)] 

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定理:積と符号(2)
[
杉浦『解析入門I1章§1-[2]1viii(p.2);永田『代数学入門』定理1.4.2(p.12);松坂『解析入門11.3命題3(c)(p.29)]
(設定)
K:  
xy の定義により、Kに定義された乗法。  
(本題)
どんなふうに、
x,yKを選んでも、(-x)(-y)=xy。   
  つまり、 
( x,yK ) ( (-x)(-y)=xy )
なぜ? 
  
(-x)(-y)=( (-x)y ) ∵ x(-y)=(xy) で、x (-x)とおき、y (-y)とおいた。 
      
=(- (xy) ) ∵ (-x)y=(xy) で、x (-x)とおいた。 
      
=xy   
これは、のみならず、一般について成り立つ。[永田『代数学入門』定理1.4.2(p.12)] 

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reference
日本数学会編集『岩波数学辞典(第三版) 岩波書店、1985年、項目156.実数の公理系 (pp. 417-418), 168.順序 (pp.440-441). 項目183:E.実数 (p. 475).
斉藤正彦『数学の基礎:集合・数・位相』東大出版会、2002年。第2章自然数から実数体の定義まで§5定義2.5.13 (p.58)
永田雅宜『代数学入門』培風館、1996年、定理1.4.2(p.12)

解析学テキストのなかで。
小平邦彦『
解析入門I(軽装版)岩波書店、2003年、§1.5-a上限下限(pp.36-7.)
高木貞二『
解析概論改訂第三版』岩波書店、1983年、§3.数の集合・上限・下限(pp.1-5.)
杉浦光夫『解析入門I』岩波書店、1980年、§1実数(pp.1-9).
笠原皓司『微分積分学』サイエンス社、1974年、1.1実数(pp.1-7).
松坂和夫『
解析入門1』岩波書店、1997年、1.3節順序体(p.29)
吹田・新保『
理工系の微分積分学』学術図書出版社、1987年、pp.3-5.
黒田成俊『21世紀の数学1:微分積分学』共立出版株式会社、2002年、2.2実数の四則演算と順序(pp.23-9);2.4.1連続性の公理(p.35)
赤攝也『
実数論講義SEG出版、1996年。
Walter Rudin,Principles of Mathematical Analysis,Mcgraw-Hill,1953-1976.
=ウォ−ルタ−・ルディン『現代解析学』共立出版、1971年、第1

数理経済学テキストのなかで
神谷和也・浦井憲『
経済学のための数学入門』東京大学出版会、1996年、pp.56-64

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