1. 引言
偏序是半群理论的重要概念和有用工具,许多学者讨论了不同半群上的偏序[1]-[7]。1980年,Nambooripad [1]首先研究了正则半群上的偏序。Fountain [8]在1981年定义了富足半群,这类半群是正则半群的推广。之后,Lawson [2]类比Nambooripad正则半群上的偏序定义了富足半群的自然偏序,并考虑了该偏序关于半群乘法的相容性条件。在此基础上,郭–罗[3]和郭–岑[4]分别对富足半群和rpp上的偏序作了进一步的讨论,得到较好的理论成果。受此启发,本文将引入左(右)#-富足半群和#-富足半群,它们是正则半群,左(右)富足半群以及富足半群的共同推广。若干准备知识之后,我们对左#-富足半群上的偏序开展研究,首先给出左#-富足半群上偏序
的定义和性质,然后考虑这种偏序的相容性,并证明偏序关于半群乘法的(左,右)相容性定理。最后,我们得到正则半群上的自然偏序及左富足半群上的偏序
与左#-富足半群上偏序
是一致的。
2. Green#-关系与偏序
下文将引用文献[8] [9]中的符号和术语,未指明的记号见文献[9]。
我们熟知Green-关系
,
,
和
是研究正则半群的有效工具。为了讨论更广的半群,Fountain [8]推广Green-关系为Green
-关系
,
,
和
,它们为讨论富足半群的结构和性质奠定了基础。进一步,唐[10]定义Green
-关系
,
,
和
,并研究了C-wrpp半群的结构定理。一般地,
和
。随后,孔–岑[11]和岑–杜–郭[12]等引入Green #-关系
,
,
和
。其中,
,
,
,
.
它们虽然在形式上与Green
-关系有些相似,但二者之间是有本质区别的。为叙述方便,记
和
为与
分别有
和
关系的幂等元,
表示半群
包含
的
-类,
表示半群
的正则元集,
则代表
的幂等元集。据[11] [12]知,
为右同余,而
为左同余。一般地,
,
。若
是正则半群,则
,
。
定义2.1 半群
称为左#-富足半群,若满足下列条件:
(1) 每个
-类中至少含有一个幂等元;(2) 对任意
,
。
类似地,我们可定义右#-富足半群。既左#-富足又右#-富足的半群称为#-富足半群。由定义2.1,我们可得以下结果。
命题2.2 设
为#-富足半群,若
且
,则下列各款成立:
(1)
;特别地,
;
(2)
;特别地,
。
证明:由于(2)与(1)对偶,所以只证(1)。注意到
和
,仅须证
蕴含
。设
,则有
。因为
,所以
。于是可知,
。进一步,我们可得
,从而
。
类比右
-理想,称半群
的右理想
称为右#-理想,若对任意
,
。记元素
生成的右#-理想为
。据[13]和[14]知,
当且仅当
。
引理2.3 设
为左#-富足半群,则对任意
,
是右#-理想,并且
。
证明:任取
,则
。据命题2.2知,
。设
,则
。因此,我们有
。再由命题2.2得,
。即
,也就是说,
。故
是
的右#-理想。另一方面,
包含
的最小右#-理想,所以
。注意到
是由
生成的右理想,因而
。结合上述,我们可得
。
据[8]知,包含
的最小右#-理想
。因此,若
是(左)富足半群,则由引理2.3得,
。
一般地,半群
幂等元
上的自然偏序为
。即对任意
,
当且仅当
。下面讨论左#-富足半群上的偏序,首先我们定义
关系。
定义2.4令
为左#-富足半群。若任给
,则
当且仅当
且存在
,使得
。
命题2.5 设
为左#-富足半群,则
是
上的偏序。特别地,
。
证明:据定义,自反性显然。假设
,
且
,则存在
使得
,
。由定义得
,于是
,故
。因此,
是反对称的。若
且
,
,则存在
和
使得
,从而
。显然,
。注意到
,于是
。进一步可得,
且
。这说明
具有传递性。故
是
上的偏序。最后,据定义知,
当且仅当
。
定理2.6 设
为左#-富足半群且
,则下列叙述等价:
(1)
;
(2) 对任意
,存在
且
使得
;
(3) 对任意
,存在
且
使得
。
证明:(1)
(2)设
,则
且存在
,使得
。任取
,则
。由引理2.3知,
,于是
。进而,
且
。即
。因此,
。
(2)
(1)据假设知,
。因为
,所以
,即
。由定义得
成立。
(2)
(3)显然成立。
(3)
(2)由假设得,
,据知,
。从而得,
并且
。另一方面,
。注意到
且
。
即
。因此,(2)成立。
下面我们给出左#-富足半群及其偏序关系的例子,并画出
的Hasse图。
例2.7 设
是8元素半群,它的乘法表如下图:
据[9]知,
是适当半群,自然是(左)#-富足半群,其中
。
-类是
,
,
,
,
;
-类
,
,
,
,
。进一步得
的Hasse图:
类比([2],命题2.7),我们不难证明左#-富足半群上的偏序具备以下性质。
命题2.8 设
为左#-富足半群且
,
,则有:
(1) 若
,则
;
(2) 若
且
,则
;
(3) 若
且
,则
。
3. 相容性
讨论偏序的相容性是半群序理论的重要组成部分,本节将主要讨论左#-富足半群上偏序
的(左,右)相容性。设
为半群
上的二元关系,称
关于乘法左(右)相容,任给
,若
蕴含
;若
蕴含
则称
关于
的乘法相容。易知,
关于乘法相容当且仅当
左相容和右相容。
类比适当半群[9]和
-幂单半群[4],我们有下列半群的定义。
定义3.1 称
构成右正则带的半群
为
-幂单半群;称
构成半格的#-富足半群为#-适当半群。
定义3.2 半群
称为局部
半群,若任给
,局部幺子半群
具有
性质。
定理3.3 设
是左#-富足半群,则
右相容当且仅当
为局部
-幂单半群。
证明:(充分性) 令
且
,则对任给
,存在
使得
于是,
。由于
,据命题2.2,
。进而可得
.
另一方面,由
知,
。因为
,所以
。显然
。据已知
是右正则带知,
。注意到
。据假设得,
.
因此,
。进一步,
,从而,我们有
成立。
(必要性) 设
,只须证明
为右正则带。令
,显然
。由
右相容得,
。故有
。进而,
成立。又因
,
,所以
。故我们有
。因此
是局部
-幂单幺半群。
命题3.4 设
为左#-富足半群,则
左相容当且仅当对于
且
,存在
,使得
。
证明:(必要性) 设
是左相容,取
且
。由命题2.5知,
。于是
,再据定理2.6,存在
,使得
。
(充分性) 令
且
,则存在
使得
。注意到
。故
。据假设存在
使得
。进而有
。因为
是左同余,所以
。故
。因此,
关于乘法左相容。
定义3.5 称#-富足半群
满足LA条件,若对任意
,存在
,使得
。
推论3.6 令
是#-富足半群。若
关于乘法左相容,则
满足LA条件。
引理3.7 设
为#-富足半群,则任给
,局部幺子半群
是#-富足半群。
证明:仅证
为左#-富足半群。对偶,我们可证得
是右#-富足半群。设
,
。据命题2.2知,
。于是
且
。由于
,所以
。注意到
且
。因此,
为左#-富足半群。
定理3.8 设#-富足半群
满足LA条件,则
相容当且仅当
为局部#-适当半群。
证明:(充分性) 设
为局部#-适当半群。令
且
,对任给
,存在
使得
。因此对任意
,
。注意到
,据命题2.2可得,
。易得,
。考虑到
是#-适当半群并且
,故
。进一步,我们有
因此
。据假设
满足LA条件,故存在
使得
。于是
从而,
。又因
,从而
。再据定理3.3,
也是右相容的。故
关于半群
的乘法相容。
(必要性)假设
关于
乘法相容,据定理3.3得,
是局部
-幂单半群。因此,对任意
,
构成右正则带。注意到
,所以
在
上相容。据([7],定理1.1),
是局部逆幺子半群。由于
,故
构成半格。再结合引理3.7得,
是#-适当半群。即
为局部#-适当半群。
4. 应用
据([10],定理6.1.2)知,正则半群
上的自然偏序为:
当且仅当
且
,使得
。由上文知,若
是正则半群,则
。故正则半群上的自然偏序
与左#-富足半群上的偏序
定义等价。如果
是左富足半群,则
。由于左富足半群
上的偏序为:
当且仅当
且
,使得
。同样可得,左富足半群
的偏序
与左#-富足半群上的偏序
定义等价。因此,据定理3.3得[4]的相关结论。
推论4.1 设
是正则(左富足)半群,则
右相容当且仅当
为局部
-幂单半群。
由[3] [4]可知,满足LA条件的富足半群是左IC富足半群,而正则半群本身满足LA条件。另一方面,#-适当半群是逆半群和适当半群的共同推广,因此由定理3.8,我们可得[4] [10]的相关结果。
推论4.2 若
是左IC富足半群,则
相容当且仅当
为局部适当半群;若
是正则半群,则
相容当且仅当局部逆半群。
由[2] [15]知,例2.7的半群
为左IC适当半群,且
为半格。任意局部幺半群
构成半格,因此,
是(#-)适当的局部逆半群。故
关于乘法相容。
基金项目
韶关市科技局支持科研工作者项目(230324098034834);韶关学院自然科学类重点科研项目(SZ2023KJ09)和韶关学院博士科研启动配套项目(406-9900045702)。
NOTES
*通讯作者。