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    am
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   <journal-title-group>
    <journal-title>
     Applied Mathematics
    </journal-title>
   </journal-title-group>
   <issn pub-type="epub">
    2152-7385
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   <issn publication-format="print">
    2152-7393
   </issn>
   <publisher>
    <publisher-name>
     Scientific Research Publishing
    </publisher-name>
   </publisher>
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   <article-id pub-id-type="doi">
    10.4236/am.2024.157029
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   <article-id pub-id-type="publisher-id">
    am-134834
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     <subject>
      Articles
     </subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="Discipline-v2">
     <subject>
      Physics 
     </subject>
     <subject>
       Mathematics
     </subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    A Generalization of Torsion Graph for Modules
   </title-group>
   <contrib-group>
    <contrib contrib-type="author" xlink:type="simple">
     <name name-style="western">
      <surname>
       Mohammad
      </surname>
      <given-names>
       Jarrar
      </given-names>
     </name>
    </contrib>
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    <addr-line>
     aFaculty of Applied Sciences, Palestine Technical University—Kadoorie, Tulsskarm, Palestine
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     11
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     07
    </month>
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     2024
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    15
   </volume> 
   <issue>
    07
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    469
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   <lpage>
    476
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      3,
     </day>
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      June
     </month>
     <year>
      2024
     </year>
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    <date date-type="published">
     <day>
      23,
     </day>
     <month>
      June
     </month>
     <year>
      2024
     </year> 
    </date> 
    <date date-type="accepted">
     <day>
      23,
     </day>
     <month>
      July
     </month>
     <year>
      2024
     </year> 
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    <copyright-statement>
     © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 
    </copyright-statement>
    <copyright-year>
     2014
    </copyright-year>
    <license>
     <license-p>
      This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
     </license-p>
    </license>
   </permissions>
   <abstract>
    Let R be a commutative ring with identity and M an R-module. In this paper, we relate a graph to M, say 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
       Γ
      </mi>
      <mrow>
       <mo>
        (
       </mo> 
       <mi>
        M
       </mi> 
       <mo>
        )
       </mo>
      </mrow>
     </mrow> 
    </math> , provided tsshat when 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
       M
      </mi>
      <mo>
       =
      </mo>
      <mi>
       R
      </mi>
     </mrow> 
    </math> , 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
       Γ
      </mi>
      <mrow>
       <mo>
        (
       </mo> 
       <mi>
        M
       </mi> 
       <mo>
        )
       </mo>
      </mrow>
     </mrow> 
    </math> is exactly the classic zero-divisor graph.
   </abstract>
   <kwd-group> 
    <kwd>
     Commutative Ring
    </kwd> 
    <kwd>
      Graph
    </kwd> 
    <kwd>
      Anihilator
    </kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
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 <body>
  <sec id="s1">
   <title>1. Introduction</title>
   <p>The study of the relationship between graphs and R-modules is motivated by several factors. Firstly, graphs are powerful tools for representing various algebraic structures and their properties. By relating graphs to R-modules, we can leverage the visual and combinatorial nature of graphs to gain insights into the properties and behaviors of R-modules.</p>
   <p>Secondly, this relationship opens up new avenues for applying graph-theoretic methods to problems in module theory and vice versa. For instance, graph invariants can provide new perspectives on module invariants, and techniques from module theory can be used to solve problems in graph theory. This interdisciplinary approach can lead to the discovery of novel results and the development of new methods in both fields.</p>
   <p>Moreover, understanding the interplay between graphs and R-modules has potential applications in areas such as coding theory, where modules over rings are used to construct error-correcting codes, and in the study of networks, where graphs represent connections between different entities. Theoretical insights gained from this relationship can also contribute to advancements in homological algebra, representation theory, and other areas of mathematics.</p>
   <p>In summary, the relationship between graphs and R-modules is important because it provides a rich framework for exploring and solving problems in both graph theory and module theory, with potential applications in various mathematical and practical domains.</p>
   <p>In this section, we provide basic notions from graph theory and module theory needed throughout this paper. An undirected graph G is said to be connected if there is a path between any two distinct vertices. Let x and y be distinct vertices in G, the distance between x and y, denoted by 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, is defined as the length of a shortest path connecting x and y ( 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ∞ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> if no such path exists). The diameter of G is 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        diam 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mtext>
        sup 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          and 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          are 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          vertices 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          of 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>A cycle of length n in G is a path of the form 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mo>
        ⋯ 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, where 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> when 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mi>
        j 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. The girth of G, denoted by 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        gr 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, is defined as the length of the shortest cycle in G, provided G contains a cycle; and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        gr 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ∞ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> when no such cycle exists. A graph is said to be complete if any two distinct vertices are adjacent. A complete graph with n vertices is denoted by 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Let M be an R-module and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        S 
      </mi> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. The annihilator of S is the set 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and it is denoted by 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. An element 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> is called a torsion element if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. In case that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, then x is called torsion-free. An R-module M with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> is known as a faithful R-module.</p>
   <p>In this paper, R denotes a commutative ring with 1, M a unitary R-module, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> be the set of torsion elements of M. It is worth noting that total graphs of commutative rings were introduced and investigated in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134834-1">
     [1]
    </xref>. Those graphs consider all elements of a commutative ring R as vertices, and for distinct 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, the vertices x and y are adjacent if and only if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        Z 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134834-1">
     [1]
    </xref>. For a recent book on graphs from rings, see <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134834-2">
     [2]
    </xref>.</p>
   <p>The classic zero-divisor graph has been extended to modules over commutative rings <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134834-3">
     [3]
    </xref>. Two elements 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> are adjacent if and only if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134834-3">
     [3]
    </xref>. This extension is considered as a straightforward generalization of the classic zero-divisor graph. In <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134834-4">
     [4]
    </xref>, the authors have linked two different graphs to an R-module M in regard to its first dual, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ∗ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mtext>
        Hom 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Although these two graphs are not naturally generalizations of the classic zero-divisor graph, there are some rooted interconnections between them and the classic one. In this paper, we introduce a further new generalization of the classic zero-divisor graph, which is more natural and elegant than the preceding generalizations. In general, proofs of results are clearer than those proofs given for the corresponding results on the classic zero-divisor graph. Let 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        I 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> denote the set of all ideals in R. We introduce a mapping 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mo>
        : 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
      <mo>
        × 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <mi>
        I 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> that will be utilized for the generalization of the classic zero-divisor graph.</p>
   <p>Definition 1.1. Let M be an R-module. For every two non-zero elements 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, we say that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>For an R-module M, let 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          for 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          some 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          non-zero 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and let 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∗ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        \ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Now we are ready to give our generalization of the classic zero-divisor graph. We link an undirected graph 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> to M with the set of vertices 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∗ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> such that for distinct elements 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∗ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, the vertices x and y are adjacent provided that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>As we notice in the aftermath, the graph 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is a perfect generalization of the classic zero-divisor graph.</p>
  </sec><sec id="s2">
   <title>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134834-"></xref>2. Primary and Main Results on Γ(M)</title>
   <p>A simple graph 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        G 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is a pair of two sets: one is a finite nonempty set 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        V 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> of objects called vertices, and the other is a (possibly empty) set 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> of unordered pairs of distinct vertices of G called edges. A graph G is said to be connected if there exists a path between any pair of distinct vertices of G. The distance between x and y, denoted by 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, is defined as the length of the shortest path connecting x and y ( 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ∞ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> if no such path exists). The diameter of G, denoted by 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        diam 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, is 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        sup 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. A graph G is called complete if there is an edge between each two distinct vertices. A complete graph with n vertices is denoted by 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         K 
       </mi> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>First of all, we will show that our definition of 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is a generalization of the definition of 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134834-5">
     [5]
    </xref>.</p>
   <p>Theorem 2.1. Let R be a ring and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. Then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> if and only if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Proof. For the forward direction, assume 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. It is known that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, so we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Conversely, assume 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, but 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Then we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Now 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, and we get 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. This implies that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. However, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> assures that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mo>
        ∉ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and so 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, which is a contradiction.</p>
   <p>Remark 1. For a ring R, if we take R as an R-module, then our graph is the same as the graph in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134834-5">
     [5]
    </xref> by Theorem 2.1.</p>
   <p>Here the torsion graph 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is a simple graph whose vertices are the non-zero torsion elements of M, and two distinct elements 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> are adjacent if and only if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>It is worth mentioning that Definition 1.1 is distinct from the notion of the torsion graph in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134834-6">
     [6]
    </xref>.</p>
   <p>Indeed, the torsion graph 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        G 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is a simple graph whose vertices are the non-zero torsion elements of M, and two distinct elements 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> are adjacent if and only if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mo>
          : 
        </mo> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> means 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> are adjacent in 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        G 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> means 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> are adjacent in 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        G 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>We illustrate the above observation with the next examples.</p>
   <p>Example 1. Take 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ℤ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         ℤ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. Now 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ℤ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. But 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           ℤ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ℤ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           ℤ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        ℤ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, so 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           ℤ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           ℤ 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ℤ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <msub> 
       <mi>
         ℤ 
       </mi> 
       <mn>
         4 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> which means that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ∉ 
      </mo> 
      <mi>
        G 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Example 2. Let K be a field. Take 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          K 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            X 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            Y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             Y 
           </mi> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          K 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            X 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            Y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             Y 
           </mi> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            X 
          </mi> 
          <mi>
            Y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>. Now let 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         ¯ 
       </mo> 
      </mover> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mo>
         ¯ 
       </mo> 
      </mover> 
     </mrow> 
    </math>. Now we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         〈 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           X 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          Y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         〉 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         〈 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         〉 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Also, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         〈 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           Y 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         〉 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         〈 
       </mo> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mo>
         〉 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. This implies that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Also, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ∉ 
      </mo> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. On the other hand, we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         〈 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         〉 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, hence 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> which gives that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        G 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Theorem 2.2. Let R be a ring and M be an R-module. If 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∗ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is faithful, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> for all 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∗ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Proof. Let 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∗ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, so that for any 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∗ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Remark 2. Let R be an integral domain and M be an R-module. If 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∗ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        : 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> for all 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∗ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>We recall Ganesan’s Theorem: The ring 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Z 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is finite if and only if either R is finite or an integral domain. However, this does not hold for modules. That is, it is not the case that if M is finite, then either M is finite or torsion-free. The next example confirms this.</p>
   <p>Example 3. Take 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ℤ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ℤ 
      </mi> 
      <mo>
        ⊕ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         ℤ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. This gives 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and M is neither finite nor torsion-free.</p>
   <p>Lemma 2.3. Let M be an R-module. If 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> for all 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Proof. Let 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. We get that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. For any 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> which implies that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊇ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and hence 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Theorem 2.2 in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134834-7">
     [7]
    </xref> states that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is finite if and only if either R is finite or an integral domain. However, this is not the case for modules. This means there is an R-module with infinite 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> but 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is empty (finite). The following example demonstrates this.</p>
   <p>Example 4. Let K be a field and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          K 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>. Put 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>. We have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           X 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           X 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Now we get that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        T 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is empty and we have infinite torsion elements.</p>
   <p>Definition 2.1. Let G be a graph. The girth of G denoted by 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is the length of the shortest cycle in G. If G contains no cycles, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ∞ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Note that if G contains a cycle, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <mtext>
        diam 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> by [<xref ref-type="bibr" rid="scirp.134834-8">
     [8]
    </xref>, Proposition 13.2].</p>
   <p>In <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134834-7">
     [7]
    </xref>, it was shown that the diameter of 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> does not exceed 3. In the same manner, we show the diameter of 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> also does not exceed 3 under the connectedness assumption.</p>
   <p>Theorem 2.4. Let R be a ring, M be an R-module, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> be not empty and connected. Then the diameter of 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mn>
        3 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Proof. Let 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        V 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> be distinct. If 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. So suppose that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> is nonzero. If 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, then there exist 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> such that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
      <mo>
        ∉ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> because 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. So we have two nonzero elements y and sx. Now 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         s 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          s 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, which implies that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊇ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. We know that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, which gives that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         s 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, so 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Given that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, this implies that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. And because 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. Immediately, we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, which is a path of length 2, thus 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>If 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, we have two cases. One is when 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, meaning there exists 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Since 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        V 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, there exists 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> such that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. So we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> because 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. This implies that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           z 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Also, we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, which gives that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Hence, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, and that means 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           z 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Therefore, we have the path 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, so 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mn>
        3 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>The second case is when 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Then we have for all 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. But we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, which implies that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. This contradicts 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. A similar argument holds if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Thus, we may assume that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> are all nonzero. Hence, there are 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        V 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. If 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. As 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. So we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. If 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, then there exists 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Thus, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. But 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> implies that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. We know that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, this leads to 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Therefore, we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mn>
        3 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Theorem 2.5. Let R be a ring, M be an R-module, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> be connected. If 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> contains a cycle, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        gr 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          Γ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mn>
        4 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Proof. Let x be a vertex in a cycle in 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, then there is 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> such that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Now if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, then we have the following cycle 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> with girth 3 ≤ 4. On the other hand, if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, then by Theorem 2.4 there is a path 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, so we have the following cycle 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> with girth 4 ≤ 4.</p>
   <p>Theorem 2.6. Let R be a ring. Then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Z 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> if and only if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is complete for any non-torsion-free R-module M.</p>
   <p>Proof. Assume 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Z 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and let M be a non-torsion-free R-module. Let 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∗ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>. Then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mi>
        Z 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mi>
        Z 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, hence 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, which gives that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is complete.</p>
   <p>Conversely, we can assume 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is complete. Now let 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        Z 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, then by Theorem 2.1 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mi>
        b 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, so 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Z 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>It should be noted that Theorem 2.6 assures that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ℤ 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               ℤ 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           ℤ 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. However, Proposition 1.2 in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134834-9">
     [9]
    </xref> implies that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ℤ 
         </mi> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               ℤ 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           ℤ 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. This illustrates that our definition of graphs for modules is distinct from the definition proposed in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134834-9">
     [9]
    </xref>.</p>
   <p>Theorem 2.7. Let M be a simple R-module with a nonempty 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is complete if and only if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Ann 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mtext>
              Ann 
            </mtext> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Proof. Because M is simple, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> for every 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. Thus, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, where P is a maximal ideal of R, and because 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        P 
      </mi> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           P 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and P is maximal, we are done. The converse is clear.</p>
   <p>Lemma 2.8. Let R be a ring and M be an R-module. Let 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∗ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>. If there exists 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Moreover, if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Proof. Assume 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∗ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> and there exists 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Now we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and consequently we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊇ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊇ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. But it is known that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ∩ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, hence 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. To prove the second statement, as above we can see 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtext>
          Ann 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, so 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Theorem 2.9. For every faithful R-module M, if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is not empty, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is connected.</p>
   <p>Proof. Let 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∗ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>. Since 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is not empty, there exist 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∗ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ∗ 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. We have seven cases:</p>
   <p>Case 1: If 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Since M is faithful, there exist 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> for some 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. By Lemma 2.8, we have the path 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. In the same way, we can find 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, hence we have the path 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. The above argument gives the path 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Case 2: If 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. As the above case, we can find the path 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> for some 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> for some 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. Now, if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, then 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, hence we have the following path 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. If 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, we can find 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Consequently, we have the path 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. In the same way, we can find a path from x to y if we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Case 3: If 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. As in case 1, we can find the path 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> for some 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and the path 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> for some 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. Of course, if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, then we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, consequently, we have the following path 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, and if 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, then we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, consequently, we have the follsowing path 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. Thus, we can find 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> to get the path 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        c 
      </mi> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Case 4: Either 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, or 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. This is the same as case 2.</p>
   <p>Case 5: If 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. This is as case 3.</p>
   <p>Case 6: If 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. From case 1, we can find 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, consequently, we have the path 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        m 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        s 
      </mi> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. This is the same if we assume 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⊆ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Case 7: If we have 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <menclose notation="updiagonalstrike"> 
       <mo>
         ⊆ 
       </mo> 
      </menclose> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         w 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. The above arguments give the path 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        w 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mi>
        z 
      </mi> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> for some 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mtext>
        Ann 
      </mtext> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>The faithfulness condition in Theorem 2.9 cannot be removed as illustrated by the next example.</p>
   <p>Example 5. Let K be a field and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          K 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>. Put 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           Y 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>Then we have the following.</p>
   <p>So, we see 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Γ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is not empty because we have the path 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        ~ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, but not connected.</p>
  </sec><sec id="s3">
   <title>Acknowledgements</title>
   <p>The author would like to thank Palestine Technical University for their support and help. The author also thanks Mohammad Marabeh for his technical support.</p>
  </sec><sec id="s4">
   <title>Data Availability</title>
   <p>Data sharing is not applicable to this article as no new data were created or analyzed in this study.</p>
  </sec>
 </body><back>
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   <title>References</title>
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