拟群

在数学中，特别是抽象代数裡，拟群是一种类似于群的代数结构。拟群与群的相像之处是也能够进行除法运算，但拟群中并没有群所拥有的结合律。有单位元的拟群称作幺拟群或者圈（loop）。

定义

拟群的正规定义有两种，分别带有一种和三种二元运算。

一个拟群 (Q, *) 是一个集合 Q 与一个二元运算 * 的结合（即一个原群），满足对 Q 中的任意元素 a 和 b，都存在唯一的 Q 中元素 x 和 y，使得：

这两个唯一的元素被记作：x = a \ b 和 y = b / a。其中“\” 和 “/”分别表示被二元运算所定义的“左除法”和“右除法”。拟群的公理化需要用到存在量词，因此也就需要建立在一阶逻辑之上。

拟群的第二个定义是建立在泛代数的背景中。泛代数希望代数结构为簇，也就是说其公理化过程应该只需要到等式的概念。在这样的要求下，拟群被定义为：

一个拟群 (Q, *, \, /) 是一种 (2,2,2) 代数，其满足等式:

因此如果 (Q, *) 是依据第一种定义的拟群，那么 (Q, *, \, /) 则是其在泛代数范畴内对应的概念。

一个有单位元的拟群称为一个幺拟群或一个圈。这里的单位元是指 Q 中元素 e 使得：

可以证明单位元 e 是唯一的，并且这时每一个 Q 中元素都有唯一的一个左逆元和右逆元。

拟群具有可消去性：如果 ab = ac，那么 b = c。同样地，如果 ba = ca，那么 b = c。

拟群 Q 的定义说明拟群中的左乘变换和右乘变换：

L(x)y=xy\,

R(x)y=yx\,

都是 Q 到自身的双射。原群 Q 是拟群当且仅当这两个变换是双射变换，而且它们的逆变换给出了右除和左除变换：

L(x)^{-1}y=x\backslash y\,

R(x)^{-1}y=y/x\,

在这种标记下，拟群写作：

{\begin{aligned}L(x)L(x)^{-1}&=1\qquad &x(x\backslash y)&=y\\L(x)^{-1}L(x)&=1\qquad &x\backslash (xy)&=y\\R(x)R(x)^{-1}&=1\qquad &(y/x)x&=y\\R(x)^{-1}R(x)&=1\qquad &(yx)/x&=y\end{aligned}}

一个有限拟群的乘法构成的乘法表是一个拉丁方：一个 n × n 的表格，每行每列都是 n 个不同的元素的排列，并且每个元素恰好出现在每一行和每一列各一次。

反之，每个拉丁方都可以以多种方式成为一个拟群的乘法表。

对于每个圈，圈中的每个元素都有左逆和右逆：

x^{\lambda }=e/x\qquad x^{\lambda }x=e

x^{\rho }=x\backslash e\qquad xx^{\rho }=e

称一个圈是双边可逆的，如果对圈所有的 x， $x^{\lambda }=x^{\rho }$ 。这时的拟元素一般简记为 $x^{-1}$ 。

一个圈有 左可逆性质，如果对所有的 $x$ 和 $y$ 都有 $x^{\lambda }(xy)=y$ 。同样地， $L(x)^{-1}=L(x^{\lambda })$ 或者 $x\backslash y=x^{\lambda }y$ 。
一个圈有 右可逆性质，如果对所有的 $x$ 和 $y$ 都有 $(yx)x^{\rho }=y$ 。同样地， $R(x)^{-1}=R(x^{\rho })$ 或者 $y/x=yx^{\rho }$ 。
一个圈有 反自同构逆性质 ，如果 $(xy)^{\lambda }=y^{\lambda }x^{\lambda }$ 或者 $(xy)^{\rho }=y^{\rho }x^{\rho }$ 。
一个圈有 弱可逆性质，如果 $(xy)z=e$ 当且仅当 $x(yz)=e$ 。一个等价的叙述是对所有的 $x$ 和 $y$ 都有 $(xy)^{\lambda }x=y^{\lambda }$ 或者 $x(yx)^{\rho }=y^{\rho }$ 。

如果一个圈同时具有左可逆和右可逆性质，则称其有 可逆性质。可逆的圈同时也拥有反自同构逆性质和弱可逆性质。实际上，满足以上四个性质中任意两个的圈都是可逆的，而满足前三个性质之一的圈都是双边可逆的。

一个拟群或圈同态是两个拟群（圈）之间的映射：f : Q → P 满足 f(xy) = f(x)f(y)。拟群同态保持了左右除法以及单位元（如果有的话）。

设 Q 和 P 为拟群，一个从 Q 到 P 的 拟群同伦 是一个从 Q 到 P 的映射三元组(α, β, γ) 使得对 Q 中所有的 x, y，有

\alpha (x)\beta (y)=\gamma (xy)\,

三个映射都相同时，就是一个拟群同态。

一个同痕是使得 (α, β, γ) 中所有的三个映射都是双射的拟群同伦。两个拟群是同痕的当且仅当它们之间存在同痕映射。在拉丁方中，三元组 (α, β, γ) 由第 α 和第 β 列的一个置换以及其余集合上的一个置换 γ 给出。

一个自同痕是从 Q 射到自身的同痕。一个拟群的所有自同痕构成一个群。

每个拟群都与某个圈同痕。如果一个圈与某个群同痕，那么它与此群同构，因此也为一个群。但是，如果一个拟群与某个群同痕，由于缺乏单位元，拟群本身不一定是群。比如说，实数集合 R 与其上的运算(x+y)/2 构成的拟群同痕于 R 上的加法群，但它本身不是群。

Akivis, M. A., and Goldberg, Vladislav V. (2001) "Solution of Belousov's problem," Discussiones Mathematicae. General Algebra and Applications 21: 93–103.
Bruck, R.H. (1958) A Survey of Binary Systems. Springer-Verlag.
Chein, O., H. O. Pflugfelder, and J. D. H. Smith, eds. (1990) Quasigroups and Loops: Theory and Applications. Berlin: Heldermann. ISBN 3-88538-008-0.
Pflugfelder, H.O. (1990) Quasigroups and Loops: Introduction. Berlin: Heldermann. ISBN 3-88538-007-2.
Smith, J.D.H. (2007) An Introduction to Quasigroups and their Representations. Chapman & Hall/CRC. ISBN 1-58488-537-8.
-------- and Anna B. Romanowska (1999) Post-Modern Algebra. Wiley-Interscience. ISBN 0-471-12738-8.