Monoidring

Ein Monoidring kann als Verallgemeinerung eines Polynomrings aufgefasst werden. Dabei werden die Potenzen der Variablen durch Elemente aus einem Monoid ersetzt, was im Folgenden exakt definiert wird.

Definition

Seien R ein kommutativer Ring mit Eins und G ein Monoid, dann ist

R[G]:={α:G→R | α(x)=0 für alle bis auf endlich viele x}

mit der Addition

(α+β)(x):=α(x)+β(x)

und der Faltung

(αβ)(z):=∑xy=zα(x)β(y)

als Multiplikation ein Ring. Die Konstruktion ist der des Polynomrings nachempfunden. Man schreibt a⋅x oder einfach ax für die Abbildung α∈R[G], die an der Stelle x den Wert a und ansonsten 0 annimmt. Beispielsweise gilt dann

(a⋅x)(b⋅y)=(ab)⋅(xy)für a,b∈R und x,y∈G.

R[G] besitzt ein Einselement, nämlich 1⋅e, wobei 1 das Einselement von R und e das Neutralelement von G ist.

Ist G eine Gruppe, so heißt R[G] Gruppenring oder Gruppenalgebra; auch die Schreibweise RG ist üblich.

R[G] wird zur R-Algebra via r∑irigi:=∑irrigi

Eigenschaften

Universelle Eigenschaft

Der Monoidring bzw. die Monoidalgebra kann auch – bis auf Isomorphie – über eine universelle Eigenschaft definiert werden. Seien G und R wie oben definiert. Es bezeichne 𝐌𝐨𝐧 die Kategorie der Monoide und 𝐀𝐥𝐠𝐑 die Kategorie der (assoziativen) R-Algebren. Sei U:𝐀𝐥𝐠𝐑→𝐌𝐨𝐧 der Vergissfunktor, d. h. der Funktor, der jeder R-Algebra ihr multiplikatives Monoid zuordnet.

Dann ist die kanonische Einbettung ϕ:G→U(R[G]),g↦1g universell, d. h.: Falls wir noch einen anderen Monoid-Homomorphismus f:G→U(A) in das multiplikative Monoid einer R-Algebra A haben, dann existiert genau ein R-Algebra-Homomorphismus f¯:R[G]→A, so dass U(f¯)∘ϕ=f.

In der obigen Konstruktion der Monoidalgebra sieht f¯ wie folgt aus: f¯(∑irigi)=∑irif(gi).

Wenn wir den Funktor, der jedem Monoid seine Monoidalgebra über R zuordnet, mit F bezeichnen, ist also F linksadjungiert zu U. So erhalten wir eine sehr kurze Definition der Monoidalgebra, jedoch muss man immer noch die Existenz beweisen.

Beispiele

Spezialfälle

(f∗g)(σ)=∫Gf(τ)g(τ−1σ)dμ(τ)
als Produkt eine Banachalgebra.
aus α<β und γ<δ folgt αγ<βδ,
so sei
S(G,A)={f:G→A∣supp⁡f wohlgeordnet}
mit supp⁡f:={g∈G∣f(g)≠0}. Mit der Faltung als Multiplikation und der komponentenweisen Addition wird S(G,A) zu einem Ring. Ist A ein Körper, so ist S(G,A) ein Schiefkörper. Ist beispielsweise G=ℤ mit der natürlichen Ordnung, so ist S(G,A) der Ring der formalen Laurentreihen mit Koeffizienten in A.

Literatur