Operazione binaria

In matematica, un'operazione binaria è una funzione che richiede due argomenti dello stesso insieme $X$ (si dice cioè che ha arietà 2) e restituisce un elemento di $X$. Formalmente, cioè, è una funzione * dal prodotto cartesiano $X\times X$ in $X$:

$*:X\times X \to X$

Per indicare l'immagine di una coppia di punti $(x,y)$ si usa spesso la notazione infissa $x*y$. L'operazione è quindi identificata dal simbolo "$*$". In alcuni casi si usano altri simboli, come il più "+" o il per "$\times$".

Un insieme dotato di una operazione binaria è detto magma. A volte è usato come sinonimo il termine legge di composizione.

Esempi

Insiemi numerici

La somma è una operazione binaria sull'insieme dei numeri naturali. Usando il formalismo delle funzioni, questa operazione si descrive nel modo seguente:

$+:\N \times \N \to \N$

$(a,b) \mapsto a+b.$

Analogamente, anche il prodotto è una operazione binaria sull'insieme dei numeri naturali. Somma e prodotto sono operazioni binarie anche su altri insiemi numerici, come gli insiemi dei numeri interi, razionali, reali o complessi.

La sottrazione non è una operazione binaria sull'insieme dei numeri naturali: la differenza fra due numeri naturali può infatti essere negativa, e quindi non essere un numero naturale. La sottrazione è però un'operazione binaria sull'insieme dei numeri interi:

$-:\Z \times \Z \to \Z$

$(a,b) \mapsto a-b.$

Insiemi più generali

L'operazione che, date due persone, ci restituisce la più giovane, è anch'essa una operazione binaria.

Strutture algebriche

Un insieme dotato di una operazione binaria è detto magma: questa è la più semplice struttura algebrica. Se l'operazione soddisfa alcune particolari proprietà, l'insieme è detto semigruppo, monoide, gruppo, e così via. Fra queste strutture, quella di gruppo è di fondamentale importanza nell'algebra e nella geometria.

Altre strutture più raffinate sono definite sulla base di due operazioni binarie: fra queste troviamo la nozione di anello e campo. Ad esempio, i numeri interi, dotati delle due operazioni binarie di somma e prodotto, formano un anello.

Varianti

Alcuni autori usano impropriamente il termine operazione binaria per identificare una più generica funzione binaria, ovvero una funzione

$f:X\times Y \to Z.$

Generalmente, questo utilizzo improprio di linguaggio è presente quando questa funzione assomiglia molto ad una operazione binaria, ad esempio perché due dei tre insiemi $X,Y,Z$ coincidono. Ad esempio, potrebbero rientrare in questa categoria la moltiplicazione per scalare

$f:V\times K \to V$

presente in ogni spazio vettoriale $V$, oppure l'operazione di sottrazione

$f:\mathbb N \times \mathbb N \to \mathbb Z$

che associa a due numeri naturali un numero intero. Un altro esempio è l'azione di un gruppo $G$ su un insieme $X$, che è una particolare funzione binaria

$f:G\times X \to X.$

Gli autori che usano l'operazione binaria in questa accezione più allargata generalmente indicano con il termine operazione binaria interna la definizione originale, in cui tutti e tre gli insiemi presenti coincidono, e il termine operazione binaria esterna negli altri casi.

Voci correlate

• Algebra astratta
• Gruppo
• Operazione interna
• Struttura algebrica
• Tavola di composizione

Altri progetti

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