2項演算について                             戻る

 当HPの読者のK.S.さんより、平成23年10月17日付けで標記話題をメールで頂いた。
ちょうど自宅のメインパソコンがクラッシュし、その修復を急いでいたので、アップするのが
遅れてしまった。この場を借りて、K.S.さんにお詫びします。

 「1+1=2」である必然性はあるのか?

 以下の計算方法だと、「1+1=3」((*)で、α=1)でもよいことになる。2項演算として、
トロピカル幾何というのがあるが、以下では、交換律、結合律、分配律が、成り立つ演算に
ついて考えることにする。

 複素数体上で、2項演算を

 C×C:(z1,z2) → z3∈C (ただし、α∈C)

  (*) z12=z1+z2+α 、 z12=(z1+α)(z2+α)−α

と定義した場合、

の単位元は、任意の z1∈C に対して、z12=z1 より、z1+z2+α=z1

 つまり、z2=−α とすればよい。

の単位元は、任意の z1∈C に対して、z12=z1 より、(z1+α)(z2+α)−α=z1

 つまり、z2=1−α とすればよい。

交換律は、明らかに成り立つ。次に、結合律が、成り立つことを示す。

  z1 (z23)=z1 (z2+z3+α)=z1+z2+z3+2α

  (z123= (z1+ z2+α)3=z1+z2+z3+2α

   よって、z1 (z23)=(z123

  z1 (z23)=z1 ((z2+α)(z3+α)−α)

           =(z1+α)((z2+α)(z3+α)−α+α)−α

           =(z1+α)(z2+α)(z3+α)−α

  (z123= ((z1+α)(z2+α)−α)3

           =((z1+α)(z2+α)−α+α)(z3+α)−α

           =(z1+α)(z2+α)(z3+α)−α

   よって、 z1 (z23)=(z123

 同様にして、分配律が成り立つことも示される。

  z1 (z23)=z1 (z2+z3+α)

           =(z1+α)(z2+z3+2α)−α

  (z12(z13)=((z1+α)(z2+α)−α)((z1+α)(z3+α)−α)

                =(z1+α)(z2+α)−α+(z1+α)(z3+α)−α+α

                =(z1+α)(z2+z3+2α)−α

   よって、 z1 (z23)=(z12(z13

 次に、C×C:(z1,z2) → z3∈C (ただし、α∈C)

  (**) z12=z1+z2 、 z12=z12-iα

と定義した場合、

の単位元は、任意の z1∈C に対して、z12=z1 より、z1+z2=z1

 つまり、z2=0 とすればよい。

の単位元は、任意の z1∈C に対して、z12=z1 より、z12-iα=z1

 つまり、z2=eiα とすればよい。

 交換律は、明らかに成り立つ。次に、結合律が成り立つことを示す。

の結合律は明らかに成り立つ。 積の結合律について、

  z1 (z23)=z123-iα=z123-2iα

  (z123= z12-iα3=z123-2iα

   よって、 z1 (z23)=(z123

 同様にして、分配律が成り立つことも示される。

  z1 (z23)=z1 (z2+z3)=z1(z2+z3)e-iα

  (z12(z13)=z12-iα13-iα

                =z12-iα+z13-iα=z1(z2+z3)e-iα

   よって、 z1 (z23)=(z12(z13

 さらに、C×C:(z1,z2) → z3∈C (ただし、α∈C)

  (***) z12=z1~+z2~ 、 z12=z1~z2~ (ただし、z~は、zの共役複素数)

と定義した場合、

 交換律、結合律、分配律は明らかに成り立つ。

 (*)は併進タイプ (**)は回転タイプ (***)は実軸対称(一般の直線に対しても可能)

その他に、これらの合成も考えられます。

 (*)のときは、不動点がなく、(**)のときは、不動点は1つ、(***)のときは、不動点は無
限にある。その他に、どのようなタイプがあるでしょう?