对于不含幺元的有限循环半群\(<S,*>\):设\(|S|=n\),则该半群只有唯一的生成元\(a\),且\(S=\{a^1,a^2,...,a^n\}\)(即\(a^1,a^2,...,a^n\)互不相同)
证明:
- 对于生成元\(a\),\(a^1,a^2,...,a^{n}\)互不相同(反证法,设其中两个相等,那么\(a\)的幂运算会一直在这之间循环,此时\(a\)生成不了全部元素)
- 若有两个或以上的生成元,则对任意生成元\(a\),必有\(a^{n+1}=a\)(反证法,假设有其它生成元\(b=a^{k},\;k>1\),则\(b\)无法生成\(a\))
- 因为有\(a^{n}*a^k=a^k*a^{n}=a^{k},\;k\in N^+\),所以\(a^{n}\)是幺元,\(<S,*>\)是含幺半群,矛盾,即只能有唯一的生成元\(a\)
对于有限循环含幺半群\(<S,*>\),\(|S|=n\):
- 对于生成元\(a\),\(a^0,a^1,a^2,...,a^{n-1}\)互不相同,且\(a^{n}\neq a\)(反证法,假设\(a^{n}\neq a\),可以得到\(a^{n-1}=a^0\))
- 若有两个或以上的生成元,则对任意生成元\(a\),必有\(a^{n}=a^0\)
对于生成元\(a\),若\(a^{n}\neq a^0\),则\(a\)是唯一的生成元 - 若\(n>2\),且存在生成元\(a^{n}=a^0\),则必有两个或以上的生成元(若\(n\leq 2\),则只有一个生成元)
若\(n>2\),且只有一个生成元,则必有\(a^{n+1}\neq a\)(若\(n\leq 2\),不一定有\(a^{n+1}\neq a\))