Citește regula și exemplul acestei părți, apoi aplică-le în exerciții. Poți reveni oricând la aceeași explicație.
Legea de compoziție: calculăm cu formula
O lege de compoziție x*y este o regulă care, din două numere, face un al treilea. Ca să calculăm 2*5, înlocuim x = 2 și y = 5 în formula legii.
La mai multe operații respectăm parantezele: (1*2)*3 înseamnă întâi 1*2, apoi rezultatul compus cu 3. Legea este comutativă dacă x*y = y*x pentru orice x și y.
🌍 În viața reală
Media a două note, x + y2, este o lege de compoziție: din două note face o a treia. Ea este comutativă, dar nu are element neutru.
🧮 De ținut minte
a*b: înlocuim x = a și y = b
comutativă: x*y = y*x
✏️Exemplu cu alte date
Pe ℝ, x*y = 2x + y − 1. Calculează 3*4 și 4*3.
13*4 = 2 · 3 + 4 − 1 = 9.
24*3 = 2 · 4 + 3 − 1 = 10.
33*4 ≠ 4*3, deci legea nu este comutativă.
📖Deschide toată lecțiaÎnchide lecția completăTeorie, exemple și exerciții rezolvate · pentru recapitulare⌄
Toată lecția pe o pagină
Legi de compoziție, grupuri și corpuri · nivel M2: teorie, exemple și exerciții rezolvate
Înveți câte o regulă, vezi unde apare în viața reală, urmărești un exemplu cu alte date, apoi construiești rezolvarea rând cu rând.
Legea de compoziție: calculăm cu formula
O lege de compoziție x*y este o regulă care, din două numere, face un al treilea. Ca să calculăm 2*5, înlocuim x = 2 și y = 5 în formula legii.
La mai multe operații respectăm parantezele: (1*2)*3 înseamnă întâi 1*2, apoi rezultatul compus cu 3. Legea este comutativă dacă x*y = y*x pentru orice x și y.
a*b: înlocuim x = a și y = b
comutativă: x*y = y*x
Exemplu cu alte date
Pe ℝ, x*y = 2x + y − 1. Calculează 3*4 și 4*3.
3*4 = 2 · 3 + 4 − 1 = 9.
4*3 = 2 · 4 + 3 − 1 = 10.
3*4 ≠ 4*3, deci legea nu este comutativă.
Elementul neutru și simetricul
Elementul neutru e lasă orice x neschimbat: x*e = x. Scriem condiția cu formula legii și aflăm e.
Simetricul lui x este x′ pentru care x*x′ = e: compus cu x, dă chiar elementul neutru, nu 0.
x*e = x
x*x′ = e
Exemplu cu alte date
Pentru x*y = x + y + 4, află elementul neutru și simetricul lui 1.
x + e + 4 = x, deci e = −4.
Simetricul verifică 1 + x′ + 4 = −4.
x′ = −9. Verificare: 1*(−9) = 1 − 9 + 4 = −4.
Forma canonică (x − a)(y − a) + a
Multe legi de la Bac se pot scrie x*y = (x − a)(y − a) + a sau (x + a)(y + a) − a. Desfacem parantezele și comparăm cu legea dată.
În forma (x − a)(y − a) + a, elementul neutru este a + 1, iar calculele devin mult mai scurte. Intervalul (a, ∞) este parte stabilă: produsul a două numere pozitive este pozitiv.
(x − a)(y − a) + a = xy − ax − ay + a2 + a
elementul neutru: e = a + 1
Exemplu cu alte date
Scrie x*y = xy − 3x − 3y + 12 în forma (x − a)(y − a) + a.
(x − 3)(y − 3) = xy − 3x − 3y + 9.
9 + 3 = 12, deci a = 3.
x*y = (x − 3)(y − 3) + 3, cu elementul neutru e = 4.
Grup, inel, corp
Un grup cere o lege asociativă, un element neutru și simetric pentru fiecare element. Dacă legea este și comutativă, grupul este abelian.
Un inel are două operații: grup abelian la adunare, înmulțire asociativă și distributivitate. Un corp este un inel în care orice element nenul are invers la înmulțire.
grup: asociativ + neutru + simetric
corp: inel + invers pentru orice element nenul
Exemplu cu alte date
Este (ℚ*, ·) grup?
Înmulțirea este asociativă, iar neutrul este 1.
Orice fracție nenulă pq are inversul qp, tot în ℚ*.
Da, (ℚ*, ·) este grup abelian.
Clasele de resturi ℤn
În ℤn lucrăm doar cu resturile împărțirii la n. Adunăm sau înmulțim reprezentanții, apoi păstrăm restul împărțirii la n.
ℤn are n elemente: 0̂, 1̂, …, până la clasa lui n − 1.
â + b̂ = clasa restului lui a + b
â · b̂ = clasa restului lui a · b
Exemplu cu alte date
În ℤ6 calculează 4̂ + 5̂ și 4̂ · 5̂.
4 + 5 = 9 = 6 + 3, deci 3̂.
4 · 5 = 20 = 18 + 2, deci 2̂.
Rezultatele sunt 3̂ și 2̂.
Inversul unei clase în ℤn
Căutăm x̂ cu â · x̂ = 1̂: încercăm pe rând clasele 1̂, 2̂, … până când produsul dă restul 1.
Dacă a și n au un divizor comun mai mare decât 1, inversul nu există. De aceea ℤn este corp exact când n este prim.
â · x̂ = 1̂
ℤn corp ⇔ n prim
Exemplu cu alte date
În ℤ7 află inversul lui 4̂.
4 · 1 = 4, iar 4 · 2 = 8 = 7 + 1.
Restul este 1 la a doua încercare.
Inversul lui 4̂ este 2̂.
Grupuri de matrice A(a)
Pentru A(a) = 1a01, produsul este A(a) · A(b) = A(a + b): parametrii se adună. Neutrul este A(0) = I2, iar inversul lui A(a) este A(−a).
Aplicând regula de mai multe ori, A(a)n = A(na).
A(a) · A(b) = A(a + b)
A(a)−1 = A(−a)
Exemplu cu alte date
Calculează A(4) · A(−1) și inversa lui A(4).
A(4) · A(−1) = A(4 + (−1)) = A(3).
Inversa lui A(4) are parametrul −4.
Verificare: A(4) · A(−4) = A(0) = I2.
Inverse și ordinea factorilor la matrice
În grupul A(a), inversul lui A(3) este A(−3), pentru că A(3) · A(−3) = A(0) = I2.
Ca să arătăm că un inel de matrice nu este comutativ, ajunge o singură pereche concretă cu AB ≠ BA.
A(a)−1 = A(−a)
un contraexemplu AB ≠ BA ajunge
Exemplu cu alte date
Pentru A = 1002 și B = 0100, calculează elementul (1,2) din AB și din BA.
AB: linia 1 din A, (1, 0), cu coloana 2 din B, (1, 0): 1.
BA: linia 1 din B, (0, 1), cu coloana 2 din A, (0, 2): 2.
1 ≠ 2, deci AB ≠ BA.
Morfisme: funcții care păstrează operația
f este morfism între (G, *) și (H, ∘) dacă f(x * y) = f(x) ∘ f(y). Dacă f este și bijectivă, este izomorfism.
Un morfism duce elementul neutru în elementul neutru: la grupuri aditive f(0) = 0, iar la corpuri f(1) = 1. Din f(x) · f(−x) = f(0) rezultă și f(−x).
f(x * y) = f(x) ∘ f(y)
morfism + bijectiv = izomorfism
Exemplu cu alte date
Este f(x) = 5x morfism de la (ℝ, +) la (ℝ, +)?
f(x + y) = 5(x + y) = 5x + 5y.
f(x) + f(y) = 5x + 5y.
Sunt egale, deci f este morfism.
Soluții întregi: de la produs la perechi de divizori
Dacă două numere întregi au produsul 6, fiecare este un divizor al lui 6. Verificăm și factorii negativi. Ordinea contează: (1, 6) și (6, 1) sunt perechi diferite.
După ce aflăm factorii, revenim la necunoscutele inițiale. Dacă se cer numere naturale, păstrăm numai valori întregi cel puțin egale cu 0. O expresie de forma 2m + 1 trebuie să fie impară.
Metoda listei finite de divizori se aplică unui produs egal cu un număr nenul. Pentru produsul 0, unul dintre factori este 0; pot exista infinit de multe soluții.
uv = k ≠ 0 ⇒ u divide k, v = ku
Exemplu complet, diferit de exerciții
Găsește m, n naturale dacă (m − 4)(n − 4) = 2.
Perechile de factori sunt (1,2), (2,1), (−1,−2), (−2,−1).
Un pătrat de număr întreg este întotdeauna nenegativ. Dacă înmulțit cu un alt întreg dă −1, pătratul nu poate fi 0 și trebuie să fie un divizor pozitiv al lui 1. Singura valoare posibilă este 1; celălalt factor este −1.
Ecuația t2=1 are două soluții, t=1 și t=−1. Revenim la necunoscutele inițiale și numărăm perechile ordonate distincte. Aici folosim convenția ℕ={0,1,2,…}: păstrăm 0, dar eliminăm valorile negative.
t2≥0 și t2·k=−1 ⇒ t2=1, k=−1
t2=1 ⇒ t=±1
Exemplu diferit, rezolvat complet
Câte perechi naturale (u,v) satisfac (u+1)2(v−3)=−1?
Pătratul (u+1)2 este întreg, pozitiv și divide 1. Prin urmare (u+1)2=1 și v−3=−1.
Din u+1=±1 rezultă u=0 sau u=−2; din v−3=−1 obținem v=2.
Păstrăm numai valori naturale: u=−2 nu este permis. Perechea (0,2) verifică produsul −1, deci avem o singură pereche.
Exerciții rezolvate din lecție (43)
Încearcă singur fiecare exercițiu, apoi deschide rezolvarea ca să te verifici.
Exercițiul 1
Pe ℝ se definește legea x*y = x + y − 3. Calculați 2*5.
Vezi rezolvarea
O lege de compoziție este o regulă care asociază oricăror două numere un al treilea număr.
Înlocuim x = 2 și y = 5 în formula legii: 2*5 = 2 + 5 − 3.
Obținem 7 − 3.
Răspuns final: 2*5 = 4.
Răspuns: 4
Exercițiul 2
Legea x*y = xy + x + y este comutativă? Răspundeți cu da sau nu.
Vezi rezolvarea
O lege este comutativă dacă x*y = y*x pentru orice x și y.
Calculăm y*x schimbând între ele rolurile: y*x = yx + y + x.
Cum înmulțirea și adunarea numerelor reale sunt comutative, xy + x + y = yx + y + x.
Cele două expresii coincid, deci răspunsul este da.
Răspuns: da
Exercițiul 3
Determinați elementul neutru al legii x*y = x + y − 3 pe ℝ.
Vezi rezolvarea
Elementul neutru e este numărul care lasă orice x neschimbat: x*e = x.
Deci A(a)·A(b) = 1a + b01 = A(a + b): parametrii se adună.
Răspuns: 1a + b01
Exercițiul 20
Pasul 2: ce înseamnă rezultatul de mai sus pentru G?
Vezi rezolvarea
Elementele lui G sunt exact matricele de forma 1t01.
Produsul A(a)·A(b) = A(a + b) are chiar această formă, cu t = a + b.
Deci înmulțind două elemente din G rămânem în G.
Aceasta este condiția de parte stabilă, primul pas obligatoriu.
Răspuns: G este parte stabilă, pentru că A(a + b) are aceeași formă
Exercițiul 21
Pasul 3: care este elementul neutru al lui G?
Vezi rezolvarea
Din A(a)·A(x) = A(a + x) impunem a + x = a, deci x = 0.
Matricea A(0) = 1001 este chiar matricea unitate I2.
Matricea nulă nu poate fi neutru pentru înmulțire.
Deci elementul neutru este A(0) = I2, care aparține lui G.
Răspuns: A(0) = I2
Exercițiul 22
Pasul 4: precizați parametrul inversei lui A(a).
Vezi rezolvarea
Inversa verifică A(a)·A(x) = A(0), adică a + x = 0.
Rezultă x = −a, care este număr real pentru orice a real.
Deci inversa lui A(a) este A(−a), tot element al lui G.
Cele trei condiții fiind îndeplinite, G este grup. Răspuns final: parametrul este −a.
Răspuns: −a
Exercițiul 23
În grupul G = {A(a) = 1a01}, calculați A(2)·A(5) și precizați parametrul rezultat.
Vezi rezolvarea
Regula grupului este A(a)·A(b) = A(a + b): parametrii se adună.
Verificăm prin calcul: elementul (1,2) al produsului este 1·5 + 2·1 = 7.
Deci A(2)·A(5) = A(7) = 1701.
Răspuns final: parametrul este 7.
Răspuns: 7
Exercițiul 24
În grupul G = {A(a) = 1a01}, precizați parametrul inversei lui A(3).
Vezi rezolvarea
Inversa trebuie să dea elementul neutru A(0) = I2.
Din A(3)·A(x) = A(3 + x) impunem 3 + x = 0.
Rezultă x = −3.
Răspuns final: inversa lui A(3) este A(−3) = 1−301.
Răspuns: −3
Exercițiul 25
Exercițiul 45 semi-ghidat · Vrem să arătăm că inelul M2(ℝ) nu este comutativ. Ce este suficient să facem?
Vezi rezolvarea
Comutativitatea este o afirmație „pentru orice A și B”, deci se neagă printr-un singur contraexemplu.
Nu avem nevoie de o demonstrație generală.
Varianta cu determinanți nu ajută: det(AB) = det(BA) întotdeauna.
Alegem două matrice simple și calculăm ambele produse.
Răspuns: Să găsim două matrice concrete cu AB ≠ BA
Exercițiul 26
Pentru A = 1101 și B = 1011, calculați elementul de pe poziția (1,1) din AB.
Vezi rezolvarea
Elementul (1,1) al produsului combină linia 1 din A cu coloana 1 din B.
Linia 1 din A este 1, 1, iar coloana 1 din B este 1, 1.
Calculăm 1·1 + 1·1 = 2.
Cum elementul (1,1) din BA este 1·1 + 0·1 = 1, avem AB ≠ BA. Răspuns final: 2.
Răspuns: 2
Exercițiul 27
În ℤ7 determinați inversul clasei 2̂ față de înmulțire.
Vezi rezolvarea
Căutăm clasa x̂ cu 2̂ · x̂ = 1̂.
Încercăm: 2·2 = 4, 2·3 = 6, 2·4 = 8 = 1 modulo 7.
Am găsit inversul.
Răspuns final: inversul lui 2̂ este 4̂.
Răspuns: 4̂
Exercițiul 28
Funcția f: ℝ → (0, ∞), f(x) = 3x, este morfism de la (ℝ, +) la ((0, ∞), ·)? Răspundeți cu da sau nu.
Vezi rezolvarea
Aici prima structură are adunarea, iar a doua înmulțirea, deci condiția devine f(x + y) = f(x)·f(y).
Membrul stâng: f(x + y) = 3x+y.
Membrul drept: f(x)·f(y) = 3x·3y = 3x+y, prin regula puterilor cu aceeași bază.
Cele două coincid, deci răspunsul este da.
Răspuns: da
Exercițiul 29
Funcția f: ℝ → (0, ∞), f(x) = 3x, este izomorfism de la (ℝ, +) la ((0, ∞), ·)? Răspundeți cu da sau nu.
Vezi rezolvarea
Am arătat deja că f este morfism.
Funcția exponențială cu baza 3 este strict crescătoare, deci injectivă.
Orice y > 0 se scrie y = 3log3 y, deci f este surjectivă pe (0, ∞).
Fiind morfism bijectiv, f este izomorfism. Răspuns final: da.
Răspuns: da
Exercițiul 30
Dacă f: (ℝ, +) → ((0, ∞), ·) este morfism și f(2) = 9, cât este f(−2)?
Vezi rezolvarea
Un morfism duce simetricul în simetric: f(−x) este inversul lui f(x).
Pornim de la 2 + (−2) = 0, deci f(2)·f(−2) = f(0) = 1.
Înlocuim f(2) = 9: 9 · f(−2) = 1.
Răspuns final: f(−2) = 19.
Răspuns: 19
Exercițiul 31
Intervalul (−2, ∞) este parte stabilă a lui ℝ față de legea x*y = (x + 2)(y + 2) − 2? Răspundeți cu da sau nu.
Vezi rezolvarea
Luăm x și y mai mari decât −2, deci x + 2 > 0 și y + 2 > 0.
Produsul a două numere pozitive este pozitiv: (x + 2)(y + 2) > 0.
Atunci x*y = (x + 2)(y + 2) − 2 > −2, deci rezultatul rămâne în interval.
Răspuns final: da, (−2, ∞) este parte stabilă.
Răspuns: da
Exercițiul 32
Câte perechi ordonate de întregi pozitivi (u,v) au uv = 6?
Vezi rezolvarea
Divizorii pozitivi sunt 1,2,3,6.
Perechile sunt (1,6),(2,3),(3,2),(6,1): 4.
Răspuns: 4
Exercițiul 33
Câte perechi ordonate de întregi (u,v) au uv = 6, incluzând numerele negative?
Vezi rezolvarea
Există 4 perechi pozitive.
Adăugăm (−1,−6),(−2,−3),(−3,−2),(−6,−1): în total 8.
Răspuns: 8
Exercițiul 34
În (m−3)(n−3)=2, factorii sunt m−3=−1 și n−3=−2. Cât este n?
Vezi rezolvarea
n−3=−2.
Adunăm 3: n=1; m=2, ambele naturale.
Răspuns: 1
Exercițiul 35
Câte perechi naturale (m,n) satisfac (m−3)(n−3)=2?
Vezi rezolvarea
Factorii sunt (1,2),(2,1),(−1,−2),(−2,−1).
Perechile sunt (4,5),(5,4),(2,1),(1,2). Toate sunt naturale.
Răspuns: 4
Exercițiul 36
Câte perechi naturale (x,y) satisfac xy−4x−4y+20=7?
Vezi rezolvarea
Scriem (x−4)(y−4)+4=7, deci produsul este 3.
Factorii: (1,3),(3,1),(−1,−3),(−3,−1).
Soluții: (5,7),(7,5),(3,1),(1,3). Sunt 4.
Răspuns: 4
Exercițiul 37
Câte valori întregi poate lua factorul 2m+1 în (2m+1)(n−2)=6?
Vezi rezolvarea
Factorul trebuie să fie un divizor impar al lui 6.
Divizorii impari sunt −3,−1,1,3: 4 valori.
Răspuns: 4
Exercițiul 38
În (2m+1)(n−2)=6, dacă 2m+1=−3, cât este n?
Vezi rezolvarea
n−2=6−3=−2.
n=0; m=−2, deci perechea este întreagă.
Răspuns: 0
Exercițiul 39
Câte perechi întregi satisfac (2m+1)(n−2)=6?
Vezi rezolvarea
Pentru factorul 1 obținem (0,8); pentru 3: (1,4).
Pentru −1: (−1,−4); pentru −3: (−2,0). Sunt 4.
Răspuns: 4
Exercițiul 40
Câte perechi naturale satisfac (2m+1)(n−2)=6?
Vezi rezolvarea
Dintre (0,8),(1,4),(−1,−4),(−2,0), eliminăm valorile negative.
Rămân (0,8) și (1,4): 2 perechi.
Răspuns: 2
Exercițiul 41
Câte perechi naturale (m,n) satisfac (m−2)2(n−2)=−1?
Vezi rezolvarea
Pătratul întreg trebuie să fie 1, iar n−2=−1.
m−2=±1, deci m=1 sau 3; n=1.
Soluțiile sunt (1,1),(3,1): 2.
Răspuns: 2
Exercițiul 42
În ℤ5, află inversul multiplicativ al clasei lui 2.
Vezi rezolvarea
2·a≡1 (mod 5). Inversul multiplicativ produce elementul neutru al înmulțirii, clasa lui 1.
2·3=6≡1 (mod 5). 6 și 1 diferă cu un multiplu al lui 5; celelalte produse au alte resturi.
Inversul clasei lui 2 este clasa lui 3. Produsul celor două clase este clasa lui 1; 2 este prim cu 5, deci inversul există.
Răspuns: Inversul clasei lui 2 este clasa lui 3
Exercițiul 43
Pe ℝ definim x*y=x+y+2. Află elementul neutru și simetricul lui 5.
Vezi rezolvarea
x+e+2=x, pentru orice x. Elementul neutru trebuie să lase orice element neschimbat. Legea este comutativă, deci verificarea este aceeași în ambele ordine.
e=−2. Scădem x: e+2=0, deci e=−2.
5+y+2=−2, deci y=−9. Compunerea cu simetricul trebuie să dea elementul neutru al legii, aici −2, nu neapărat 0.
Răspuns: 5+y+2=−2, deci y=−9
Fișa integrală · nucleu comun și profil Științe (26)
1. Calcul pe lege
Pe ℝ se definește legea x*y = x + y − 3. Calculați 2*5.
Vezi răspunsul
2 * 5 = 2 + 5 − 3 = 4
2. Comutativitate
Legea x*y = xy + x + y este comutativă? Răspundeți cu da sau nu.
Vezi răspunsul
Da: xy + x + y = yx + y + x.
3. Element neutru
Determinați elementul neutru al legii x*y = x + y − 3 pe ℝ.
Vezi răspunsul
x + e − 3 = x, deci e = 3.
4. Element simetric
Pentru legea x*y = x + y − 3 pe ℝ, determinați simetricul lui 5.
Vezi răspunsul
5 + x′ − 3 = 3, deci x′ = 1.
5. Asociativitate
Pentru legea x*y = x + y − 3, calculați (1*2)*3.
Vezi răspunsul
1 * 2 = 0, apoi 0 * 3 = 0.
6. Formă canonică
Scrieți legea x*y = xy − 2x − 2y + 6 sub forma (x − a)(y − a) + a. Precizați expresia obținută.