Commutatività

In matematica, un'operazione binaria $*$ definita su un insieme $S$ è commutativa se e solo se

Video esempio della proprietà commutativa di una moltiplicazione, cambiando le posizioni di 34 e di 2 il risultato resta 68.

$x*y=y*x\quad \forall x,y\in S.$

Se questa proprietà non è valida per ogni coppia di elementi, l'operazione $*$ è quindi detta non commutativa.

In particolare, se è vera la proprietà

$x*y=-y*x\quad \forall x,y\in S.$

l'operazione $*$ è detta anticommutativa.

Due elementi $x$ e $y$ commutano se $x*y=y*x$. Quindi l'operazione $*$ è commutativa se e solo se due elementi di $S$ commutano sempre.

Esempi

Operazioni commutative

Commutatività dell'addizione rappresentata mediante delle mele

Esempio di addizione di vettori. L'operazione è commutativa perché ${\vec {a}}+{\vec {b}}={\vec {b}}+{\vec {a}}$

I più comuni esempi di operazioni binarie commutative sono l'addizione ($a+b$) e la moltiplicazione ($a\times b$), considerate sull'insieme di tutti i numeri reali, o solo sui numeri positivi, naturali o razionali, oppure estese ai numeri complessi; per esempio:

$4+5=5+4$ (poiché entrambe le espressioni sono uguali a 9)

$2\times 3=3\times 2$ (poiché entrambe le espressioni valgono 6)

Altre operazioni binarie commutative sono:

• minimo comune multiplo e massimo comun divisore applicati a coppie di interi positivi;
• minimo e massimo applicati a coppie di numeri reali o in generale a coppie di elementi di insiemi parzialmente ordinati;
• addizione di vettori;
• intersezione e unione di insiemi;
• congiunzione logica e disgiunzione inclusiva;
• composizioni di traslazioni nel piano, nello spazio tridimensionale o in un qualsiasi spazio vettoriale;
• composizioni di rotazioni intorno ad un dato punto nel piano.

Operazioni non commutative

Tra le operazioni binarie non commutative tra numeri vi sono la sottrazione ($a-b$), la divisione ($a/b$) e l'elevamento a potenza ($a^{b}$), definite su insiemi opportuni di numeri reali.

Anche la composizione di funzioni ($f(g(x))$) in molti contesti non è commutativa: ad esempio le funzioni reali $f(x)=x+3$ e $g(y)=y^{2}$ non commutano, in quanto

$g(f(x))=x^{2}+6x+9,$

$f(g(x))=x^{2}+3.$

Un'altra importante operazione non commutativa è la moltiplicazione fra matrici quadrate. Ad esempio,

${\begin{bmatrix}0&1\\0&0\end{bmatrix}}\times {\begin{bmatrix}0&0\\1&0\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1&0\\0&0\end{bmatrix}}$

${\begin{bmatrix}0&0\\1&0\end{bmatrix}}\times {\begin{bmatrix}0&1\\0&0\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}0&0\\0&1\end{bmatrix}}$

Il prodotto vettoriale, invece, rappresenta un esempio di operazione anticommutativa. Siano $\mathbf {a} ,\mathbf {b} \in \mathbb {R} ^{3}$. Si ha:

$\mathbf {a} \times \mathbf {b} =-\mathbf {b} \times \mathbf {a}$

Strutture algebriche con operazioni commutative

Un gruppo è abeliano, o anche commutativo, se l'operazione che vi è definita è commutativa.

Un anello ha definite due operazioni, chiamate generalmente "somma" e "prodotto" in analogia con i numeri interi. L'operazione di "somma" è sempre commutativa, ma l'operazione "prodotto" no. Un anello è chiamato abeliano o commutativo se anche la moltiplicazione è commutativa.

Generalmente, le strutture algebriche abeliane sono molto più semplici delle analoghe non abeliane.

Tavola di composizione

Un'operazione è commutativa se e solo se la sua tavola di composizione è simmetrica. Per esempio le tavole di composizione delle operazioni minimo comune multiplo e massimo comun divisore per l'insieme dei numeri interi da 1 a 6 sono

${\begin{bmatrix}1&2&3&4&5&6\\2&2&6&4&10&6\\3&6&3&12&15&6\\4&4&12&4&20&12\\5&10&15&20&5&30\\6&6&6&12&30&6\\\end{bmatrix}}$ e ${\begin{bmatrix}1&1&1&1&1&1\\1&2&1&2&1&2\\1&1&3&1&1&3\\1&2&1&4&1&2\\1&1&1&1&5&1\\1&2&3&2&1&6\\\end{bmatrix}}$

Voci correlate

• Associatività
• Distributività
• Commutatore (matematica)

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Collegamenti esterni

• commutatività, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• commutatività, su Vocabolario Treccani, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• (EN) Eric W. Weisstein, Commutatività, su MathWorld, Wolfram Research.
• (EN) Commutatività, su Encyclopaedia of Mathematics, Springer e European Mathematical Society.