Binäre Verknüpfungen

Eine binäre Verknüpfung (auch zweistellige Verknüpfung genannt) ist eine Verknüpfung, die genau zwei Operanden besitzt. Zweistellige Verknüpfungen treten insbesondere in der Algebra sehr häufig auf, und man spricht dort abkürzend auch von Verknüpfung ohne den Zusatz zweistellig. Es gibt aber auch Verknüpfungen mit anderer Stelligkeit, die zum Beispiel drei oder mehr Operanden miteinander verknüpfen.

Definition

Eine zweistellige Verknüpfung ist eine Abbildung f ⁣:A×BCf\colon A \times B \to C vom kartesischen Produkt zweier Mengen AA und BB nach einer dritten Menge CC. Anders gesagt, eine solche Verknüpfung ff ordnet jedem Paar von Elementen aAa \in A und bBb \in B ein Element c=f(a,b)c=f(a,b) in CC zu, das Ergebnis der Verknüpfung.

Schreibweisen

Zweistellige Verknüpfungen ff schreibt man oft in Infixnotation afba\,f\,b anstelle der gewöhnlichen Präfixnotation f(a,b)f(a,b). Zum Beispiel schreibt man eine Addition als a+ba+b anstelle von +(a,b){+}(a,b). Eine Multiplikation \cdot wird oft ganz ohne Symbol geschrieben, also ab=ab=(a,b)a b = a \cdot b = \cdot(a, b).

Beispiele

  • Die Grundrechenarten (Addition, Multiplikation, Subtraktion und Division) auf entsprechenden Mengen von Zahlen sind zweistellige Verknüpfungen. Zum Beispiel entsteht durch die Division einer ganzen Zahl aZa \in \Z durch eine natürliche Zahl bN=N{0}b \in \N^* = \N\setminus\{0\} eine rationale Zahl c=a/bc = a/b. Dies entspricht demnach einer Verknüpfung / ⁣:Z×NQ/ \colon \Z \times \N^* \to \Q.
  • Die Komposition von Abbildungen ist eine zweistellige Verknüpfung: sie ordnet jeder Abbildung f ⁣:XYf\colon X \to Y und jeder Abbildung g ⁣:YZg\colon Y \to Z ihre Hintereinanderausführung gf ⁣:XZg \circ f\colon X \to Z zu. Dies entspricht demnach einer Verknüpfung  ⁣:Abb(Y,Z)×Abb(X,Y)Abb(X,Z)\circ \colon \mathrm{Abb}(Y,Z) \times \mathrm{Abb}(X,Y) \to \mathrm{Abb}(X,Z). Hierbei können die Mengen X,YX,\, Y und ZZ beliebig gewählt werden.

Innere zweistellige Verknüpfung

Eine innere zweistellige Verknüpfung oder zweistellige (binäre) Operation auf einer Menge AA ist eine zweistellige Verknüpfung f ⁣:A×AAf \colon A \times A \to A, die also jedem geordneten Paar aus AA ein Element von AA zuordnet. Dies entspricht der obigen allgemeinen Definition im Spezialfall A=B=CA=B=C. Das zusätzliche Attribut innere drückt aus, dass alle Operanden aus der Menge AA sind und die Verknüpfung nicht aus AA hinausführt. Man sagt dazu auch, AA ist abgeschlossen bezüglich ff.
Binäre Operationen sind ein wichtiger Bestandteil von algebraischen Strukturen, die in der abstrakten Algebra untersucht werden. Sie treten auf bei Halbgruppen, Monoiden, Gruppen, Ringen und anderen Strukturen.
Ganz allgemein nennt man eine Menge AA mit einer beliebigen inneren Verknüpfung  ⁣:A×AA* \colon A \times A \to A auch Magma. Oft haben solche Verknüpfungen noch weitere Eigenschaften, zum Beispiel sind sie assoziativ oder kommutativ. Viele haben auch ein neutrales Element und invertierbare Elemente.

Beispiele

 
 

Gott existiert, weil die Mathematik widerspruchsfrei ist, und der Teufel existiert, weil wir das nicht beweisen können.

Andre Weil

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