Up 剰余類環 作成: 2012-05-18
更新: 2012-05-18


    グループの表現の仕方に,グループに所属する個の名前を使った「Aのいるクラス」がある。 剰余類も,この方法で表現できる。
    すなわち,3を法とする剰余類だと,3つの類を「0を含む類」「1を含む類」「2を含む類」と表現できる。 あるいは,「3を含む類」「7を含む類」「5を含む類」と表現できる。

    「nを含む類」を, [n] で表す。


    類の和 (加法) と積 (乗法) を,つぎのように定義する:
      [m] + [n] = [m + n]
      [m] × [n] = [m × n]
    この定義が成り立つためには,つぎが成り立たねばならないが,実際これは成り立つ:
      [m] = [m′] ,[n] = [n′] のとき,
        [m + n] = [m′ + n′], [m × n] = [m′ × n′]

      証明:
      3を法とする剰余類で考える。
      [m] = [m′] ,[n] = [n′] であるとは,mーm′,nーn′ が3の倍数であること。
      そしてこのとき,(m + n) ー (m′ + n′),(m × n) ー (m′ × n′) は,つぎの式変形からわかるように,3の倍数である:
        (m + n) ー (m′ + n′)
        = (m ー m′) + (n ー n′)
        (m × n) ー (m′ × n′)
        = (m × n) ー (m′ × n) + (m′ × n)ー (m′ × n′)
        = (m ー m′) × n + m′ × (nー n′)
      結局, [m + n] = [m′ + n′], [m × n] = [m′ × n′] となる。
      (「3」を文字「p」に換えれば,一般的証明になる。)


    この+,× は,3を法とする剰余類の場合だと,つぎのようになる:
 [0]   [1]   [2] 
 [0]  [0] [1] [2]
[1] [1] [2] [0]
[2] [2] [0] [1]
  
×  [0]   [1]   [2] 
 [0]  [0] [0] [0]
[1] [0] [1] [2]
[2] [0] [2] [1]


    剰余類の加法と乗法は,それぞれ結合法則,交換法則が成り立つ:
      ([m] + [n]) + [p] = [m + n]+ [p] = [(m + n)+ p]
      = [m + (n+ p)] = [m] + [n+ p] = [m] + ([n]+ [p])
      ([m] × [n]) × [p] = [m × n]× [p] = [(m × n)× p]
      = [m × (n× p)] = [m] × [n× p] = [m] × ([n]× [p])
      [m] + [n] = [m + n] = [n + m] = [n] + [m]
      [m] × [n] = [m × n] = [n × m] = [n] × [m]

    また,両者の間に分配法則が成り立つ:
      ([m] + [n]) × [p] = [m + n]× [p] = [(m + n)× p]
      = [m × p + n× p)] = [m × p] + [n× p] = [m] × [p]+ [n] × [p]

    さらに,[0],[1] が,それぞれ加法に関する零元,乗法に関する単位元になる:
      [0] + [n] = [0 + n] = [n]
      [1] × [n] = [1 × n] = [n]

    また,ここまでは自然数に対し剰余類を考えてきたが,まったく同様にして整数に対して剰余類を考えることができる。 そしてこのときは,各類 [n] は+に関する対称元をもつ──それは類 [−n] である:
      [n] + [−n] = [n + (−n)] = [0]

    以上のことは,数学の「環」のことばを用いて,つぎのように言い表せる:
      「整数に対する剰余類全体の集合は,環 (単位環) になる。」
    この環は,「剰余類環」と呼ばれる。