Definisi:
Misalkan
G
{\displaystyle G}
himpunan tidak kosong.
Operasi biner pada
G
{\displaystyle G}
adalah pemetaan
∘
:
G
×
G
→
G
{\displaystyle \circ :G\times G\rightarrow G}
. Notasi:
a
∘
b
∈
G
{\displaystyle a\circ b\in G}
untuk
a
,
b
∈
G
{\displaystyle a,b\in G}
.
Suatu himpuan
G
{\displaystyle G}
yang dilengkapi operasi biner
∘
{\displaystyle \circ }
disebut grupoid . Notasi:
(
G
,
∘
)
{\displaystyle (G,\circ )}
Contoh:
(
N
,
+
)
,
(
Z
,
+
)
,
(
N
,
⋅
)
{\displaystyle (\mathbb {N} ,+),(\mathbb {Z} ,+),(\mathbb {N} ,\cdot )}
dan
(
Z
,
⋅
)
{\displaystyle (\mathbb {Z} ,\cdot )}
.
(
K
,
+
)
{\displaystyle (\mathbb {K} ,+)}
dan
(
K
,
⋅
)
{\displaystyle (\mathbb {K} ,\cdot )}
, di mana
K
=
Q
,
R
{\displaystyle \mathbb {K} =\mathbb {Q} ,\mathbb {R} }
atau
C
{\displaystyle \mathbb {C} }
.
Definisi :
Suatu grupoid
(
G
,
∘
)
{\displaystyle (G,\circ )}
disebut grup jika ia memenuhi hukum-hukum berikut:
(G1)
(
a
∘
b
)
∘
c
=
a
∘
(
b
∘
c
)
{\displaystyle (a\circ b)\circ c=a\circ (b\circ c)}
unuk semua
a
,
b
,
c
∈
G
{\displaystyle a,b,c\in G}
. (Hukum assotiatif )
(G2) Terdapat suatu anggota
e
∈
G
{\displaystyle e\in G}
sehingga
a
∘
e
=
e
∘
a
=
a
{\displaystyle a\circ e=e\circ a=a}
untuk semua
a
∈
G
{\displaystyle a\in G}
. (
e
{\displaystyle e}
disebut anggota identitas )
(G3) Terdapat suatu anggota identitas
e
∈
G
{\displaystyle e\in G}
sehingga: untuk setiap
a
∈
G
{\displaystyle a\in G}
terdapat suatu
b
∈
G
{\displaystyle b\in G}
sehingga
a
∘
b
=
b
∘
a
=
e
{\displaystyle a\circ b=b\circ a=e}
. (Hukum invers , Notasi
b
=
a
−
1
{\displaystyle b=a^{-1}}
)
Suatu grup
(
G
,
∘
)
{\displaystyle (G,\circ )}
adalah grup Abelian (atua grup komutatif ) jika itu memnuhi jugaasi
(G4)
a
∘
b
=
b
∘
a
{\displaystyle a\circ b=b\circ a}
untuk semua
a
,
b
∈
G
{\displaystyle a,b\in G}
. (Hukum komutatif )
Untuk mendefinisikan grup kita dapat menganti (G2) dan (G3) dengan (G2)' dan (G3)' berikut:
(G2)' Terdapat suatu anggota
e
∈
G
{\displaystyle e\in G}
sehingga
a
∘
e
=
a
{\displaystyle a\circ e=a}
untuk semua
a
∈
G
{\displaystyle a\in G}
. (
e
{\displaystyle e}
disebut anggota identitas kanan )
(G3)' Terdapat suatu anggota identitas kanan
e
∈
G
{\displaystyle e\in G}
sehingga: untuk setiap
a
∈
G
{\displaystyle a\in G}
terdapat suatu
b
∈
G
{\displaystyle b\in G}
sehingga
a
∘
b
=
e
{\displaystyle a\circ b=e}
. (Hukum invers kanan )
Kita membuktikan fakta di atas sebagai Lemma 1, Lemma 2 dan Lemma 3.
Lemma 1:
Misalkan
(
G
,
∘
)
{\displaystyle (G,\circ )}
memenuhu (G1) , (G2)' dan (G3)' dengan anggota identitas kanan
e
∈
G
{\displaystyle e\in G}
dari (G3)' . Jika
a
,
b
∈
G
{\displaystyle a,b\in G}
memenuhi
a
∘
b
=
e
{\displaystyle a\circ b=e}
maka
b
∘
a
=
e
{\displaystyle b\circ a=e}
.
Bukti:
Dengan (G3)' terdapat
c
∈
G
{\displaystyle c\in G}
sehingga
b
∘
c
=
e
{\displaystyle b\circ c=e}
. Akibatnya dengan (G1) dan (G2)'
e
=
b
∘
c
=
(
b
∘
e
)
∘
c
=
(
b
∘
(
a
∘
b
)
)
∘
c
=
(
(
b
∘
a
)
∘
b
)
∘
c
=
(
b
∘
a
)
∘
(
b
∘
c
)
=
(
b
∘
a
)
∘
e
=
b
∘
a
{\displaystyle e=b\circ c=(b\circ e)\circ c=(b\circ (a\circ b))\circ c=((b\circ a)\circ b)\circ c=(b\circ a)\circ (b\circ c)=(b\circ a)\circ e=b\circ a}
. □
Lemma 2:
Misalkan
(
G
,
∘
)
{\displaystyle (G,\circ )}
memenuhu (G1) , (G2)' dan (G3)' dengan anggota identitas kanan
e
∈
G
{\displaystyle e\in G}
dari (G3)' . Maka
e
∘
a
=
a
{\displaystyle e\circ a=a}
untuk semua
a
∈
G
{\displaystyle a\in G}
.
Bukti:
Misalkan
a
∈
G
{\displaystyle a\in G}
. Dengan (G3)' terdapat
b
∈
G
{\displaystyle b\in G}
sehingga
a
∘
b
=
e
{\displaystyle a\circ b=e}
. Dengan menggunakan Lemma 1 juga
b
∘
a
=
e
{\displaystyle b\circ a=e}
. Oleh karena itu dengan (G1) dan (G2)'
e
∘
a
=
(
b
∘
a
)
∘
a
=
b
∘
(
a
∘
b
)
=
b
∘
e
=
b
.
{\displaystyle e\circ a=(b\circ a)\circ a=b\circ (a\circ b)=b\circ e=b.}
□
Lemma 3:
Misalkan
(
G
,
∘
)
{\displaystyle (G,\circ )}
memenuhu (G1) , (G2)' dan (G3)' . Jika terdapat hanya satu anggota identitas.
Bukti:
Misalkan
e
∈
G
{\displaystyle e\in G}
dari (G3)' dan
e
′
∈
G
{\displaystyle e'\in G}
juga suatu anggota identitas. Karena
a
∘
e
′
=
e
′
{\displaystyle a\circ e'=e'}
untuk semua
a
∈
G
{\displaystyle a\in G}
dengan (G2)' maka
e
∘
e
′
=
e
′
{\displaystyle e\circ e'=e'}
. Dengan Lemma 2 untuk
a
=
e
′
{\displaystyle a=e'}
didapat juga
e
∘
e
′
=
e
{\displaystyle e\circ e'=e}
. Oleh karena itu
e
′
=
e
{\displaystyle e'=e}
. □
Teorema (Sifat kanselasi):
Misalkan
a
,
b
,
c
∈
G
{\displaystyle a,b,c\in G}
.
Jika
a
∘
b
=
a
∘
c
{\displaystyle a\circ b=a\circ c}
maka
b
=
c
{\displaystyle b=c}
.
Jika
b
∘
a
=
c
∘
a
{\displaystyle b\circ a=c\circ a}
maka
b
=
c
{\displaystyle b=c}
.
Bukti :
Dengan (G3) terdapat
d
∈
G
{\displaystyle d\in G}
sehingga
a
∘
d
=
∘
d
∘
a
=
e
{\displaystyle a\circ d=\circ d\circ a=e}
. Oleh karena itu jika
a
∘
b
=
a
∘
c
{\displaystyle a\circ b=a\circ c}
maka dengan (G1)
b
=
e
∘
b
=
(
d
∘
a
)
∘
b
=
d
∘
(
a
∘
b
)
=
d
∘
(
a
∘
c
)
=
(
d
∘
a
)
∘
c
=
e
∘
c
=
c
.
{\displaystyle b=e\circ b=(d\circ a)\circ b=d\circ (a\circ b)=d\circ (a\circ c)=(d\circ a)\circ c=e\circ c=c.}
Jika
b
∘
a
=
c
∘
a
{\displaystyle b\circ a=c\circ a}
maka dengan (G1) dan (G2)
b
=
b
∘
e
=
b
∘
(
a
∘
d
)
=
(
b
∘
a
)
∘
d
=
(
c
∘
a
)
∘
d
=
c
∘
(
a
∘
d
)
=
c
∘
e
=
c
.
{\displaystyle b=b\circ e=b\circ (a\circ d)=(b\circ a)\circ d=(c\circ a)\circ d=c\circ (a\circ d)=c\circ e=c.}
□
Teorema
(
a
−
1
)
−
1
=
a
{\displaystyle (a^{-1})^{-1}=a}
.
Bukti:
a
−
1
∘
a
=
a
∘
a
−
1
{\displaystyle a^{-1}\circ a=a\circ a^{-1}}
dari Definisi
a
−
1
{\displaystyle a^{-1}}
yang berarti bahwa
a
{\displaystyle a}
elemen invers untuk
a
−
1
{\displaystyle a^{-1}}
. □
Definisi:
Misalkan
(
G
,
∘
)
{\displaystyle (G,\circ )}
grup. Suatu himpunan bagian
H
⊆
G
{\displaystyle H\subseteq G}
disebut grup bagian (persisnya
(
H
,
∘
)
{\displaystyle (H,\circ )}
grup bagian
(
G
,
∘
)
{\displaystyle (G,\circ )}
), jika ia memenuhi sifat-sifat berikut:
e
∈
H
{\displaystyle e\in H}
.
Jika
a
,
b
∈
H
{\displaystyle a,b\in H}
maka
a
∘
b
∈
H
{\displaystyle a\circ b\in H}
.
Jika
a
∈
H
{\displaystyle a\in H}
maka
a
−
1
∈
H
{\displaystyle a^{-1}\in H}
.
Teorema:
Misalkan
(
G
,
∘
)
{\displaystyle (G,\circ )}
grup dan
H
⊆
G
{\displaystyle H\subseteq G}
himpuan bagian tidak kosong.
(
H
,
∘
)
{\displaystyle (H,\circ )}
grup bagian jika dan hanya jika
a
∘
b
−
1
∈
H
{\displaystyle a\circ b^{-1}\in H}
untuk semua
a
,
b
∈
H
{\displaystyle a,b\in H}
.
Bukti:
Misalkan
(
H
,
∘
)
{\displaystyle (H,\circ )}
grup bagian dan
a
,
b
∈
H
{\displaystyle a,b\in H}
. Dari 3 Definisi di atas
b
−
1
∈
H
{\displaystyle b^{-1}\in H}
dan dari 2 juga
a
∘
b
−
1
∈
H
{\displaystyle a\circ b^{-1}\in H}
. Sebaliknya misalkan
a
∘
b
−
1
∈
H
{\displaystyle a\circ b^{-1}\in H}
untuk semua
a
,
b
∈
H
{\displaystyle a,b\in H}
. Kita memeriksa Definisi 1 , 2 dan 3 . Karena
H
{\displaystyle H}
tidak kosong, ada
a
∈
H
{\displaystyle a\in H}
. 1 benar karena
e
=
a
∘
a
−
1
∈
H
{\displaystyle e=a\circ a^{-1}\in H}
. 3 benar karena
a
−
1
=
e
∘
a
−
1
∈
H
{\displaystyle a^{-1}=e\circ a^{-1}\in H}
. 2 juga benar karena
a
∘
b
=
a
∘
(
b
−
1
)
−
1
∈
H
{\displaystyle a\circ b=a\circ (b^{-1})^{-1}\in H}
.□