Моноид

Моноиды возникают в различных областях математики; например, моноиды можно рассматривать как категории из одного объекта. Таким образом, моноиды обобщают свойства композиции функций. Также моноиды используются в информатике и в теории формальных языков.

Всякий моноид можно представить как моноид всех эндоморфизмов некоторой универсальной алгебры.[источник не указан 3030 дней]

Можно ввести определение обратимого элемента моноида: x является обратимым, если существует такой элемент y, что xy = yx = e. Если y и z — два элемента с таким свойством, то по ассоциативности y = (zx)y = z(xy) = z, следовательно, обратный элемент определён однозначно[1] (обычно его обозначают x−1). Множество всех обратимых элементов моноида образует группу (возможно, тривиальную).

Конечный моноид со свойством сокращения всегда является группой. Действительно, пусть x — произвольный элемент такого моноида. Из принципа Дирихле следует, что xn = xm для некоторых m > n > 0. Но тогда из свойства сокращения следует, что xmn = e, где e — единица. Следовательно, x * xmn−1 = xmn−1 * x = e, так что x обратим.

Аксиомы моноида совпадают с теми аксиомами, которые накладываются на композицию морфизмов в категории. Отличие состоит в том, что в моноиде определено произведение любых двух элементов, тогда как композиция определена не для любых двух морфизмов. Сказать, что для любых двух морфизмов определена композиция — это то же самое, что сказать «категория состоит из одного объекта», то есть моноиды можно рассматривать как категории из одного объекта.

Аналогично, гомоморфизмы моноидов — это в точности функторы между соответствующими категориями.[2] Эта конструкция задаёт эквивалентность между категорией (малых) моноидов Mon и полной подкатегорией в Cat.

Существует также категорное понятие моноида, обобщающее свойства моноида на произвольную моноидальную категорию. Например, моноид в категории множеств — это обычный моноид, определённый выше, тогда как моноид в категории абелевых групп — ассоциативное кольцо с единицей.