<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20241031//EN" "JATS-journalpublishing1-4.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
  <front>
    <journal-meta>
      <journal-id journal-id-type="publisher-id">apm</journal-id>
      <journal-title-group>
        <journal-title>Advances in Pure Mathematics</journal-title>
      </journal-title-group>
      <issn pub-type="epub">2160-0384</issn>
      <issn pub-type="ppub">2160-0368</issn>
      <publisher>
        <publisher-name>Scientific Research Publishing</publisher-name>
      </publisher>
    </journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.4236/apm.2026.161001</article-id>
      <article-id pub-id-type="publisher-id">apm-148689</article-id>
      <article-categories>
        <subj-group>
          <subject>Article</subject>
        </subj-group>
        <subj-group>
          <subject>Physics</subject>
          <subject>Mathematics</subject>
        </subj-group>
      </article-categories>
      <title-group>
        <article-title>Generator Sets for the Magma Monoid</article-title>
      </title-group>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0000-0003-3488-4361</contrib-id>
          <name name-style="western">
            <surname>Owusu-Mensah</surname>
            <given-names>Isaac</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff1">1</xref>
        </contrib>
      </contrib-group>
      <aff id="aff1"><label>1</label> Department of Integrated Science Education, Akenten Appiah-Menka University of Skills Training and Entrepreneurial Development, Mampong-Ashanti, Ghana </aff>
      <author-notes>
        <fn fn-type="conflict" id="fn-conflict">
          <p>The author declares no conflicts of interest regarding the publication of this paper.</p>
        </fn>
      </author-notes>
      <pub-date pub-type="epub">
        <day>08</day>
        <month>01</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <pub-date pub-type="collection">
        <month>01</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <volume>16</volume>
      <issue>01</issue>
      <fpage>1</fpage>
      <lpage>18</lpage>
      <history>
        <date date-type="received">
          <day>27</day>
          <month>11</month>
          <year>2025</year>
        </date>
        <date date-type="accepted">
          <day>05</day>
          <month>01</month>
          <year>2026</year>
        </date>
        <date date-type="published">
          <day>08</day>
          <month>01</month>
          <year>2026</year>
        </date>
      </history>
      <permissions>
        <copyright-statement>© 2026 by the authors and Scientific Research Publishing Inc.</copyright-statement>
        <copyright-year>2026</copyright-year>
        <license license-type="open-access">
          <license-p> This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license ( <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/</ext-link> ). </license-p>
        </license>
      </permissions>
      <self-uri content-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.4236/apm.2026.161001">https://doi.org/10.4236/apm.2026.161001</self-uri>
      <abstract>
        <p>This paper explores the algebraic structures of the magma monoid <inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>(</p>
        <p>ℳ(</p>
        <p>S</p>
        <p>),⊲</p>
        <p>)</p>
        <p>, where <inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>ℳ(</p>
        <p>S</p>
        <p>)</p>
        <p>comprises all binary operations on <inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>S</p>
        <p>. We investigate the order and generator set of elements characterizing idempotents, almost constant operations, and units, which facilitates our analysis. A procedure for finding inverses of units is presented, along with key results on almost constant operations. Focusing on <inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>| S |=2</p>
        <p>and <inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>| S |=3</p>
        <p>, we classify the elements into various categories, determine their orders, and identify generating sets for the magma monoid. The findings inform a concise methodology for identifying the generator sets of an arbitrary element <inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>∗∈ℳ(</p>
        <p>S</p>
        <p>)</p>
        <p>.</p>
      </abstract>
      <kwd-group kwd-group-type="author-generated" xml:lang="en">
        <kwd>Generator Sets</kwd>
        <kwd>Magma Monoids</kwd>
        <kwd>Binary Operations</kwd>
        <kwd>Semigroup</kwd>
        <kwd>Monogenic Semigroups</kwd>
        <kwd>Periodic Semigroups</kwd>
        <kwd>Idempotents</kwd>
      </kwd-group>
    </article-meta>
  </front>
  <body>
    <sec id="sec1">
      <title>1. Introduction and Preliminaries</title>
      <p>This paper deals with the monoid structure on the set of all binary operations over a fixed set <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> , as studied in [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] and [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]. Throughout this paper, <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> represents a nonempty set. A pair <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊙ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mo> ⊙ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is a binary operation on <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> , is said to be a magma. In the literature, magmas are sometimes referred to by various alternative names, such as binars or groupoids. Adopting the notation from [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>] and [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>], we denote the set of all binary operations on <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> (all magmas on <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> ) as <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and refer to that collection as <italic>the magma of</italic><inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> . The use of the word “magma” with these two different but strongly related meanings does not pose a problem and helps the narrative flow smoothly.</p>
      <p>Observe that for a finite set <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the cardinality of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is </p>
      <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> n </mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> n </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Observing, for example, that</p>
      <p>when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 16 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ,when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mn> 9 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 19683 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , andwhen <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 4 </mml:mn><mml:mrow><mml:mn> 16 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 4294967296 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ,</p>
      <p>the reader can see that the size of magma sets grows very rapidly.</p>
      <p>The large cardinality of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents serious challenges for computational explorations, even for small values of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Another symptom of the rapid growth of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is that, when <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> is infinite, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is always uncountable. When <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is finite, we often write <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> instead of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , since clearly sets with the same number of elements induce isomorphic magma monoids.</p>
      <sec id="sec1dot1">
        <title>1.1. Magma Monoids</title>
        <p>We consider an operation, <inline-formula><mml:math><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:math></inline-formula> , which endows <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with a monoid structure. That operation was independently considered in [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] and in [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] and [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>].</p>
        <p>We follow the notation and terminology of [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] and [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>].</p>
        <p>Other papers that followed [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] are [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>], [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>], and [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]. Fayoumi’s work in [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>] provides an elegant characterization of the center of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and a generalization of commutative operations through commutative maps was explored in [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. Nebeský introduced a method of describing graphs using binary operations in [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>], and [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>], which was further developed in [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>].</p>
        <p>Following the construction in [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>], [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] examines ways to lift the <inline-formula><mml:math><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:math></inline-formula> operation from <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to sets of graphs whose vertex set is <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> . The graph-induced operations considered in [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>], [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>], and [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>] include one-value and two-value graph magmas and have applications in the study of amenable bases over infinite-dimensional algebras (e.g., [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]). The graphs inducing such operations are some of the ones explored in [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>].</p>
        <p><bold>Definition</bold><bold>:</bold><inline-formula><mml:math><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:math></inline-formula> on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is defined as follows: for every <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ,</p>
        <disp-formula id="FD1">
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mo>⊲</mml:mo>
                  <mml:mo>∘</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>∘</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The notations <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ⊲ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are used interchangeably.</p>
        <p><bold>Remark</bold><bold>:</bold> Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> π </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be the binary operation that projects onto the first component, that is, for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> π </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a non-commutative monoid, having <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> π </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as its identity element. For the proof, refer to Theorem 2.1 of [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>] or Theorem 2 of [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>].</p>
        <p>We denote the magma monoid resulting from endowing <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with the operation <inline-formula><mml:math><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:math></inline-formula> as <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . This same monoid was denoted <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mtext>   </mml:mtext><mml:mo> □ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] and related works.</p>
        <p>The motivation behind the two independent introductions in the literature of the <inline-formula><mml:math><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:math></inline-formula> operation, respectively, in [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] and in [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] and [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>], is different from each other. To explain the motivation for [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] and [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>], we need the following definition.</p>
        <p><bold>Definition</bold><bold>:</bold> For every operation <inline-formula><mml:math><mml:mo> ⋆ </mml:mo></mml:math></inline-formula> in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the (left, right, two-sided) outset of <inline-formula><mml:math><mml:mo> ⋆ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is defined as the set (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> o </mml:mi><mml:mi> u </mml:mi><mml:msub><mml:mi> t </mml:mi><mml:mi> l </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mo> ⋆ </mml:mo><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> o </mml:mi><mml:mi> u </mml:mi><mml:msub><mml:mi> t </mml:mi><mml:mi> r </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mo> ⋆ </mml:mo><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> o </mml:mi><mml:mi> u </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mo> ⋆ </mml:mo><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ), where:</p>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> o </mml:mi><mml:mi> u </mml:mi><mml:msub><mml:mi> t </mml:mi><mml:mi> l </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mo> ⋆ </mml:mo><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mo> ⋆ </mml:mo><mml:mtext>   </mml:mtext><mml:mtext> is left-distributive over </mml:mtext><mml:mtext>   </mml:mtext><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ;<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> o </mml:mi><mml:mi> u </mml:mi><mml:msub><mml:mi> t </mml:mi><mml:mi> r </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mo> ⋆ </mml:mo><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mo> ⋆ </mml:mo><mml:mtext>   </mml:mtext><mml:mtext> is right-distributive over </mml:mtext><mml:mtext>   </mml:mtext><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ;<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> o </mml:mi><mml:mi> u </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mo> ⋆ </mml:mo><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mo> ⋆ </mml:mo><mml:mtext>   </mml:mtext><mml:mtext> is two-sided distributive over </mml:mtext><mml:mtext>   </mml:mtext><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>The motivations behind the two independent introductions in the literature [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] and [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>] were the following interesting fact:</p>
        <p><bold>Remark</bold><bold>:</bold> For each operation <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> in the magma monoid <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the outsets <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> o </mml:mi><mml:mi> u </mml:mi><mml:msub><mml:mi> t </mml:mi><mml:mi> l </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> o </mml:mi><mml:mi> u </mml:mi><mml:msub><mml:mi> t </mml:mi><mml:mi> r </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> o </mml:mi><mml:mi> u </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are submonoids of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , inheriting the identity element <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> π </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from the parent monoid.</p>
        <p>In contrast with the above proposition, the motivation in [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] to study the magma monoid was the ability to see it as a natural extension of the monoid of functions <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> g </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , under composition. Specifically, we formalize these foundational concepts in Definition 1.1 and Remark 1.1, which are lifted from [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>], but with notation adjusted to match what we use in this paper.</p>
        <p><bold>Definition</bold><bold>:</bold> Given a function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> g </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , consider a groupoid <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> g </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> where the multiplication is given by the formula</p>
        <disp-formula id="FD2">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>∘</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>b</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>g</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Groupoids of this type, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> g </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , are referred to as leftoids.</p>
        <p>Given two leftoids <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> g </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> f </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the operation “<inline-formula><mml:math><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:math></inline-formula> ” can be defined as follows.</p>
        <disp-formula id="FD3">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>S</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mo>∘</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>g</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>S</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mo>∘</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>f</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>S</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mo>⊲</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where</p>
        <disp-formula id="FD4">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mo>∘</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>b</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mo>∘</mml:mo>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>b</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mo>∘</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Thus, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ⊲ </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> g </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mi> g </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> f </mml:mi><mml:mi> g </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the leftoid <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> g </mml:mi><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mi> f </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . This multiplication corresponds to the composition of functions from <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> g </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:msub><mml:mi> d </mml:mi><mml:mi> S </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:msub><mml:mi> d </mml:mi><mml:mi> S </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has the multiplication <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Since the composition of functions is an associative operation, we obtain the proposition below.</p>
        <p><bold>Remark</bold><bold>:</bold> The collection of leftoids with respect to the operation <inline-formula><mml:math><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is a semigroup with identity <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:msub><mml:mi> d </mml:mi><mml:mi> S </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><italic>Proof</italic>. See Theorem 1 of [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>].</p>
        <p>It is customary, when introducing a new semigroup, to consider the extent to which Green’s relations hold for that semigroup and seek information about its idempotents and regular elements. These questions were partially considered for the magma monoid in [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]. The results on idempotent elements relevant to this paper will be reviewed in Section 2.</p>
        <p><bold>Definition</bold><bold>:</bold></p>
        <p>An element <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is regular if there exists an element <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:math></inline-formula> satisfying the two conditions that</p>
        <disp-formula id="FD5">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>∗</mml:mo>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mo>∘</mml:mo>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mo>∗</mml:mo>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>∗</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>and</mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mo>∘</mml:mo>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mo>∗</mml:mo>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mo>∘</mml:mo>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>∘</mml:mo>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>In this case, <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is called a regular conjugate of <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> . It should be clear that, when this happens, then <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is a regular conjugate of <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Binary operations on a finite set <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> have a user-friendly representation, first introduced in [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>], as numbers corresponding to the base <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> representation of the entries in the operation table. While using these representations, the result of applying the operation to an input pair <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is simply choosing the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi><mml:mtext> -th </mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> entry in the operation’s name, with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> interpreted as a number in the base <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><bold>Example</bold><bold>:</bold> Operations in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> M </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Each operation is named with the number between 0 and 15 whose binary representation is given by the entries of the table read from the top.</p>
        <fig id="fig1">
          <label>Figure 1</label>
          <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/5302692-rId235.jpeg?20260206031940" />
        </fig>
        <p><bold>Example</bold><bold>:</bold> For the set <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the binary operation associated with the number 100 can be represented by its Modulo 3 representation, 000010201. This representation is shown below. The Modulo 3 representations of the other two binary operations, 8229 and 9760, can be similarly determined.</p>
        <fig id="fig2">
          <label>Figure 2</label>
          <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/5302692-rId238.jpeg?20260206031940" />
        </fig>
        <p><bold>Example</bold><bold>:</bold> When <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , almost all binary operations in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are regular. The following are the regular conjugates:</p>
        <p>1) Self-conjugate operations: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 5 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 8 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 10 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 12 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 13 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 14 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 15 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ;</p>
        <p>2) Conjugate pairs: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 7 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>The only exceptions are operations <bold>6</bold> and <bold>9</bold> (see Example 1.1), which fail to satisfy the regularity condition, namely <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      </sec>
      <sec id="sec1dot2">
        <title>1.2. Periodic and Monogenic Semigroups</title>
        <p>We introduce here the semigroup terminology from [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>] that is pertinent to this paper. For more details, readers may consult a standard reference such as [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>], [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>].</p>
        <p>For any subset <inline-formula><mml:math><mml:mi> χ </mml:mi></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the intersection of all subsemigroups of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that contain <inline-formula><mml:math><mml:mi> χ </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a subsemigroup of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denoted <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mi> χ </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>The set <inline-formula><mml:math><mml:mi> χ </mml:mi></mml:math></inline-formula> is said to be a generating set of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mi> χ </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> χ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for some <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℕ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then we write <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mi> χ </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We consider a special case where the set <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mi> χ </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is generated by a singleton set <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> χ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>In that case, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><bold>Definition</bold><bold>:</bold> The order of an element <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> in a semigroup is the number of elements in the subsemigroup <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Notice that, unlike the case of a group, when <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> comes from a monoid and is not invertible, then the subsemigroup <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> does not contain the identity element of the monoid. An element of a semigroup has order one if and only if it is idempotent.</p>
        <p><bold>Definition</bold><bold>:</bold> A semigroup <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> is called monogenic if there exists an element <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Given <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> i </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℕ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , if all these powers are distinct, then <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is isomorphic to the additive semigroup of natural numbers. Otherwise, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is finite, and the number of elements in it is called the order of the semigroup <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , as well as the order of the element <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is infinite, then <inline-formula><mml:math><mml:mi> i </mml:mi></mml:math></inline-formula> is said to have infinite order.</p>
        <p><bold>Definition</bold><bold>:</bold> A semigroup <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> is called periodic if to each element <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> there corresponds an idempotent <inline-formula><mml:math><mml:mi> e </mml:mi></mml:math></inline-formula> (<italic>i</italic>.<italic>e</italic>., <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> e </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> e </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) and a positive integer <inline-formula><mml:math><mml:mi> m </mml:mi></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>A semigroup is periodic if all its elements are of finite order, and every periodic semigroup has at least one idempotent.</p>
        <p>In his study of periodic semigroups in [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>] (as cited in [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>]), Schwarz introduced the relation <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi></mml:math></inline-formula> on semigroups, which served as a useful tool in the study of periodic semigroups. We introduce that relation in Definition 1.2. In [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>], Miller investigated the properties of periodic semigroups that satisfy the condition <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script"> J </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> J </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the Green’s <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> J </mml:mi></mml:math></inline-formula> relation, viewed as a subset of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> × </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The key results from Miller’s study are summarized here for comparison with the critical results of this paper.</p>
        <p><bold>Definition</bold><bold>:</bold> Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a periodic semigroup, and denote its set of idempotents <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> S </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> if and only if there exist positive integers <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and an element <inline-formula><mml:math><mml:mi> e </mml:mi></mml:math></inline-formula> in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> S </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> b </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>This makes <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi></mml:math></inline-formula> an idempotent separating equivalence relation on any periodic semigroup. The <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi></mml:math></inline-formula> -class containing an element <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> will be denoted <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> K </mml:mi><mml:mi> x </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Suppose <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> e </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> S </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> K </mml:mi><mml:mi> e </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a subsemigroup of <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><bold>Lemma 1</bold> [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>]<bold>:</bold> Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a periodic semigroup with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script"> J </mml:mi><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> e </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> S </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then</p>
        <p>1) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> K </mml:mi><mml:mi> e </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> if and only if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> K </mml:mi><mml:mi> e </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ;</p>
        <p>2) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msup><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ;</p>
        <p>3) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> K </mml:mi><mml:mi> e </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a periodic unipotent subsemigroup of <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> .</p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec2">
      <title>
        2. Almost-Constant Operations and Units and Idempotents in
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ℳ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                      <mml:mi>S</mml:mi>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mo>⊲</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>The first step in our exploration of the order of elements in the magma monoid is to study almost constant operations (subsection 2.1), and units and idempotents with respect to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (respectively, subsection 2.2 and 2.3).</p>
      <p>A lower bound for the number of idempotent elements in the magma monoid is stated in Proposition 14, and some examples of idempotent operations are listed in the subsequent remark. In Proposition 2, we prove that if <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is an almost-constant operation, then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We then describe a procedure for finding unit inverses and determine the number of units in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> via Theorem 6.</p>
      <sec id="sec2dot1">
        <title>2.1. Almost Constant Operations</title>
        <p><bold>Definition</bold><bold>:</bold> Given <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the binary operation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that maps every <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> × </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math><mml:mi> j </mml:mi></mml:math></inline-formula> , <italic>i</italic>.<italic>e</italic>., <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is called the constant operation determined by <inline-formula><mml:math><mml:mi> j </mml:mi></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or simply <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi></mml:math></inline-formula> represent the set of all constant binary operations on <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>The set of all constant operations, <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi></mml:math></inline-formula> , is a two-sided ideal of the magma monoid, since for every <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we have <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><bold>Definition</bold><bold>:</bold> Given <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the operation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is defined as:</p>
        <disp-formula id="FD6">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>c</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtable columnalign="left">
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>if</mml:mtext>
                          <mml:mtext>
                             
                          </mml:mtext>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>=</mml:mo>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>=</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>otherwise</mml:mtext>
                          <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                  </mml:mtable>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This operation is said to be an <italic>almost-constant</italic> operation.</p>
        <p><bold>Example</bold><bold>:</bold> For a set <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> with 5 elements, the subsequent operations are identified as almost-constant operations, and we denote them using the notation from Definition 2.1.</p>
        <fig id="fig3">
          <label>Figure 3</label>
          <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/5302692-rId439.jpeg?20260206031941" />
        </fig>
        <p><bold>Proposition 2</bold><bold>:</bold> For any <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an almost-constant operation in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then it satisfies the property: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false"> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo stretchy="false"> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><italic>Proof</italic>. Given an almost constant operation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ⊲ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then, straightforward calculations show that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> exhibits a structure very similar to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , something that could also be called almost constant, but this time the output <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the norm and <inline-formula><mml:math><mml:mi> i </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the exception, with the exception, once again, happening at <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <disp-formula id="FD7">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>b</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtable columnalign="left">
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>if</mml:mtext>
                          <mml:mtext>
                             
                          </mml:mtext>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>=</mml:mo>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>=</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>otherwise</mml:mtext>
                          <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                  </mml:mtable>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>A second round of computation yields the desired result.</p>
        <p>□</p>
        <p><bold>Definition</bold><bold>:</bold> A binary operation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is called a unique square (or constant diagonal) operation if it satisfies the property: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all elements <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><bold>Proposition 3</bold><bold>:</bold>A monoid is a unique square operation if and only if it is a group all of whose elements have order two.</p>
      </sec>
      <sec id="sec2dot2">
        <title>
          2.2. Units in
          <inline-formula>
            <mml:math>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>ℳ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                        <mml:mi>S</mml:mi>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mo>⊲</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </inline-formula>
        </title>
        <p>In our search for units within the magma monoid, we encountered two types of operations that could be classified into two separate categories: distinct constant row operations (DCR) and distinct constant column(DCC) operations.</p>
        <p>The name distinct constant row operations reflects the fact that, in a table representation, the rows are constant and distinct from each other. A similar reasoning applies to distinct constant column operations, where columns remain constant and distinct.</p>
        <p><bold>Lemma 4</bold><bold>:</bold> If <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is a distinct constant row or a distinct constant column in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is a unit.</p>
        <p>Lemma 4 yields the following inner direct sum decomposition: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> D </mml:mi><mml:mi> C </mml:mi><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> ⊕ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> π </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> π </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi><mml:mi> C </mml:mi><mml:mi> C </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi><mml:mi> C </mml:mi><mml:mi> R </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><bold>Theorem 5</bold><bold>:</bold><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> D </mml:mi><mml:mi> C </mml:mi><mml:mi> C </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi><mml:mi> C </mml:mi><mml:mi> R </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a subgroup of <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> U </mml:mi></mml:math></inline-formula> , the group of units in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and is isomorphic to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script"> S </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mo> × </mml:mo><mml:msub><mml:mi> ℤ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>To further our understanding of the magma monoid, we aim to describe its units in a general setting. We define a key function that is vital for this characterization and present the main results. For further details, see [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>].</p>
        <p><bold>Definition</bold><bold>:</bold>For each set <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> with binary operations <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:math></inline-formula> in the magma monoid, define a map <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> × </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mi> ζ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that takes a pair of elements <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> × </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to a new pair <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> × </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>In light of Definition 0 <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be interpreted as the composition of the operations <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> × </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mi> ζ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><bold>Theorem 6</bold><bold>:</bold>Given <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is a unit in the magma monoid if, and only if the map <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> × </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mi> ζ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is bijective.</p>
        <p><italic>Proof</italic>. See Theorem 3.5 in [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>].</p>
        <p><bold>Example</bold><bold>:</bold> For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the following operations are units in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD8">
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mtable>
                <mml:mtr>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
                <mml:mtr>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
                <mml:mtr>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
                <mml:mtr>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
                <mml:mtr>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
              </mml:mtable>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Using the insights from Definition 0 and Theorem 6, we can now determine the cardinality of the set of units in the magma monoid, denoted by <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> U </mml:mi></mml:math></inline-formula> , as presented in Proposition 23.</p>
        <p><bold>Theorem 7</bold><bold>:</bold>For a set <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> of size <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> , the cardinality of the set of unit elements in </p>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> U </mml:mi></mml:math></inline-formula> , is given by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi> n </mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ! </mml:mo><mml:mtext>   </mml:mtext><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ! </mml:mo><mml:mtext>   </mml:mtext><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi> n </mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><bold>Example</bold><bold>:</bold> For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> U </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ! </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ! </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mo></mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ; For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> U </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ! </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> ! </mml:mo><mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext></mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 144 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Procedure for Finding Inverse of Units in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> S </mml:mi></mml:mstyle><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p>The following procedure outlines the steps to determine the inverse of a binary operation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> belonging to the set <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> U </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then:</p>
        <p>1) To obtain the elements for the diagonals, iterate through each index <inline-formula><mml:math><mml:mi> i </mml:mi></mml:math></inline-formula> in the set <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . For each <inline-formula><mml:math><mml:mi> i </mml:mi></mml:math></inline-formula> , compute the product <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If the result of this product is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<italic>i</italic>.<italic>e</italic>., <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ), then the inverse operation applied to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> yields <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<italic>i</italic>.<italic>e</italic>., <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false"> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>2) Given that <inline-formula><mml:math><mml:mi> i </mml:mi></mml:math></inline-formula> is not equal to <inline-formula><mml:math><mml:mi> j </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> m </mml:mi></mml:math></inline-formula> is not equal to <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> , consider the expression <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Suppose this expression evaluates to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then, applying the inverse operation to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> yields <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<italic>i</italic>.<italic>e</italic>., <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ), and applying the inverse operation to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> yields <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<italic>i</italic>.<italic>e</italic>., <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ).</p>
        <p>3) Proceed to Step 2 and systematically vary the values of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> until all the cells in the inverse table <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> * </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are completely filled.</p>
        <p>Following the procedure outlined above, we successfully determined the inverse of the operation described in Example 2.2.1.</p>
        <p><bold>Example</bold><bold>:</bold> Given the binary operation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> defined by the table:</p>
        <disp-formula id="FD9">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mtable>
                <mml:mtr>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mo>∗</mml:mo>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
                <mml:mtr>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
                <mml:mtr>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
                <mml:mtr>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
                <mml:mtr>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
              </mml:mtable>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>We can determine the inverse of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> by following the three-step procedure outlined earlier.</p>
        <p><bold>Step 1</bold><bold>:</bold> From the operation table for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> , we observe that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , which implies that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Continuing this process, we find additional inverse relations:</p>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p><bold>Step</bold><bold>s</bold><bold>2 and 3</bold><bold>:</bold> Reading from the operation table for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> we find the following inverse relations:</p>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ⇒ </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ⇒ </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ⇒ </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ⇒ </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ⇒ </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ⇒ </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p>Following the procedure, we obtain the inverse operation table <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as:</p>
        <disp-formula id="FD10">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mo>∗</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mtable columnalign="left">
                <mml:mtr columnalign="left">
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
                <mml:mtr columnalign="left">
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
                <mml:mtr columnalign="left">
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
                <mml:mtr columnalign="left">
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
                <mml:mtr columnalign="left">
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                  <mml:mtd columnalign="left">
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mtd>
                </mml:mtr>
              </mml:mtable>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </sec>
      <sec id="sec2dot3">
        <title>
          2.3. Idempotents in
          <inline-formula>
            <mml:math>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>ℳ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                        <mml:mi>S</mml:mi>
                      </mml:mstyle>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mo>⊲</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </inline-formula>
        </title>
        <p><bold>Definition</bold><bold>:</bold> An operation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is said to be an idempotent operation with respect to <inline-formula><mml:math><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:math></inline-formula> if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>In brief, <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is idempotent if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The set of all idempotent elements is not a subsemigroup of the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>].</p>
        <p>Our search for idempotent elements in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> commences with commutative binary operations within <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We enumerate and classify these operations (Definition 2.3), revealing three distinct categories. Notably, in Proposition 9, we show that idempotent elements are confined to two of these categories. Clearly, if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then the cardinality of the set of commutative binary operations in the magma monoid, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is given by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> n </mml:mi><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><bold>Definition</bold><bold>:</bold> We define the following sets on the magma monoid:</p>
        <disp-formula id="FD11">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi mathvariant="script">Y</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>{</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∗</mml:mo>
                      <mml:mo>∈</mml:mo>
                      <mml:mi>ℳ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>S</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mo>∗</mml:mo>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mtext>is</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mtext>commutative</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mtext>and</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mtext>there</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mtext>is</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mtext>a</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>∈</mml:mo>
                      <mml:mi>S</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>such</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mtext>that</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mo>∗</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mtext>for</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mtext>all</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>∈</mml:mo>
                      <mml:mi>S</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>}</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD12">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mo>∈</mml:mo>
                  <mml:mi>ℳ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>S</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>is</mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>commutative</mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>and</mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>for</mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>all</mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mo>∈</mml:mo>
                  <mml:mi>S</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>}</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD13">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>{</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∗</mml:mo>
                      <mml:mo>∈</mml:mo>
                      <mml:mi>ℳ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>S</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                      <mml:mo>∗</mml:mo>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mtext>is</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mtext>commutative</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mtext>and</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mtext>if</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mo>∗</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>then</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mo>∗</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>≠</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mtext>for</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mtext>all</mml:mtext>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mo>∈</mml:mo>
                      <mml:mi>S</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>}</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The set <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> Y </mml:mi></mml:math></inline-formula> consists of those binary operations, in Definition 0, to which we refer as unique square operations (or constant diagonal operations).</p>
        <p><bold>Proposition 8</bold><bold>:</bold></p>
        <p>1) The set <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> Y </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a two-sided ideal of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>2) Given <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> Y </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the set of all constant binary operations.</p>
        <p><italic>Proof</italic>.</p>
        <p>1) Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> Y </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and choose <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we have:<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> making <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> have a constant diagonal.</p>
        <p>For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , letting <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> yields:</p>
        <disp-formula id="FD14">
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mo>⊲</mml:mo>
                  <mml:mo>∘</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>∘</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>∘</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD15">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mo>⊲</mml:mo>
                  <mml:mo>∘</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>∘</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>∘</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Thus, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is commutative. Consequently, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> Y </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . A similar argument yields <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> Y </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>2) Given <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> Y </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we will show that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We have:</p>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , since <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is commutative. Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , a constant operation, as claimed.</p>
        <p><bold>Proposition 9</bold><bold>:</bold> Given <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ,</p>
        <p>1) if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> W </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> then <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is an idempotent operation.</p>
        <p>2) if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> Y </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> then <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is an idempotent element if and only if it is a constant operation.</p>
        <p><italic>Proof</italic>.</p>
        <p>1) Given <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> W </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We can easily verify that for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mo> * </mml:mo></mml:math></inline-formula> is idempotent.</p>
        <p>2) Given <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> Y </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we have two cases</p>
        <p>(a) if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is idempotent;</p>
        <p>(b) if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mo> ∉ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then by Proposition 8 <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:math></inline-formula> itself is not idempotent.</p>
        <p>Hence, <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is idempotent if and only if it is a constant operation.</p>
        <p><bold>Proposition 10</bold><bold>:</bold> Given <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> V </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> then <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is not an idempotent element.</p>
        <p><italic>Proof</italic>. Given <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> V </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , choose <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then we have:</p>
        <disp-formula id="FD16">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mo>∘</mml:mo>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>∘</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∘</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mo>∘</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>∘</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∘</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mo>∘</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>∘</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>j</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>j</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>i</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD17">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mo>∘</mml:mo>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≠</mml:mo>
              <mml:mo>∘</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Whereas the idempotency of the commutative binary operations in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> depends on the nature of the diagonal arrangement of the operation, the idempotency of the non-commutative binary operations, in most cases, is independent of the diagonal arrangement.</p>
        <p><bold>Proposition 11</bold><bold>:</bold> Given an idempotent, non-commutative binary operation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with the properties:</p>
        <p>1) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (non-commutativity);</p>
        <p>2) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (idempotence on the diagonal).</p>
        <p>Define a new binary operation <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:math></inline-formula> on <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> as follows:</p>
        <disp-formula id="FD18">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>∘</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>b</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtable columnalign="left">
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mi>j</mml:mi>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>if</mml:mtext>
                          <mml:mtext>
                             
                          </mml:mtext>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>=</mml:mo>
                          <mml:mi>b</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>∗</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>b</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>otherwise</mml:mtext>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                  </mml:mtable>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Then, the operation <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is also idempotent in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><italic>Proof</italic>. Let <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> be an idempotent, non-commutative binary operation that satisfies the idempotence on the diagonal condition. Choose <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We show <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is idempotent, <italic>i</italic>.<italic>e</italic>., <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>We consider two cases:</p>
        <p>1) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD19">
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∘</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>∘</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∘</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mo>∘</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>∘</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∗</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mo>∗</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∗</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mo>∗</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∗</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>∘</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Hence, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>2) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <p>Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Hence, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is idempotent.</p>
        <p><bold>Example</bold><bold>:</bold> For a set <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> with three elements, the following operations are idempotent in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <fig id="fig4">
          <label>Figure 4</label>
          <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/5302692-rId866.jpeg?20260206031941" />
        </fig>
        <p><bold>Proposition 12</bold><bold>:</bold></p>
        <p>Binary operations in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that differ from the identity operation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> π </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in exactly one entry are idempotent with respect to <inline-formula><mml:math><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><italic>Proof</italic>. Suppose there exists a pair <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and</p>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> d </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> π </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> d </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> d </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> then, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> d </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> π </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> d </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> c </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and</p>
        <disp-formula id="FD20">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>∗</mml:mo>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mo>∗</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>c</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>d</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>∗</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mo>∗</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>∗</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>c</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>d</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>c</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . □</p>
        <p><bold>Theorem 13</bold><bold>:</bold></p>
        <p>Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a subset of <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> with cardinalities <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> m </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Suppose <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is an idempotent binary operation in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with an element <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> l </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> l </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> l </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> l </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then, the binary operation <inline-formula><mml:math><mml:mo> ⊙ </mml:mo></mml:math></inline-formula> defined on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as follows is also idempotent:</p>
        <disp-formula id="FD21">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>⊙</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtable columnalign="left">
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>∗</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>if</mml:mtext>
                          <mml:mtext>
                             
                          </mml:mtext>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>∈</mml:mo>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mo>×</mml:mo>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mi>l</mml:mi>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>if</mml:mtext>
                          <mml:mtext>
                             
                          </mml:mtext>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>∉</mml:mo>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mo>×</mml:mo>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                  </mml:mtable>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><italic>Proof</italic>. See [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>] □</p>
        <p>We characterize the idempotent and non-idempotent elements in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Remark 2.3.</p>
        <p><bold>Remark</bold><bold>:</bold> By applying Theorem 13 and Proposition 12, we can identify the following as some of the idempotent operations in the magma monoid (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ):</p>
        <p>All constant operations;All the elements in the set <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> W </mml:mi></mml:math></inline-formula> ;The identity;Operations that differ from the identity by only one entry;Idempotents derived from the set with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> elements.</p>
        <p>The following operations in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are non-idempotents:</p>
        <p>Non-identity unitary operations;Almost constant operations;All elements of the set <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> V </mml:mi></mml:math></inline-formula> ;All the elements in the set <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script"> Y </mml:mi><mml:mo> \ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ;Operations that differ from constant operations by exactly one non-diagonal entry.</p>
        <p>Despite the empty intersection of all idempotent sets referenced in Remark 0, nonempty intersections exist between some sets, revealing they are not fully pairwise disjoint. As a result, determining a precise lower bound for the number of idempotent elements in the magma monoid poses a significant challenge.</p>
        <p>We aim to refine the lower bound established in Proposition 2.9 of [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>], as the set of constant operations and the identity have disjoint intersections with all elements in the set <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> W </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Consequently, we present an enhanced lower bound for the number of idempotent elements in Proposition 14.</p>
        <p>The sets of non-identity unitary operations, almost constant operations, and elements in <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> Y </mml:mi></mml:math></inline-formula> are pairwise disjoint. By leveraging the cardinalities of these sets, we can establish a tighter upper bound on the number of idempotent operations within the magma monoid.</p>
        <p>Proposition 14 gives a bound for the number of idempotents in the magma monoid <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where the underlying set <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> has <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> elements.</p>
        <p><bold>Proposition 14</bold><bold>:</bold> For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℐ </mml:mi><mml:mo> ⊂ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denote the set of all idempotent elements in the magma monoid. Then, the following inequality holds:</p>
        <disp-formula id="FD22">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:munderover>
                <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                </mml:mstyle>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:munderover>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtable columnalign="left">
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mi>m</mml:mi>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                  </mml:mtable>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>m</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtable columnalign="left">
                        <mml:mtr columnalign="left">
                          <mml:mtd columnalign="left">
                            <mml:mi>m</mml:mi>
                          </mml:mtd>
                        </mml:mtr>
                        <mml:mtr columnalign="left">
                          <mml:mtd columnalign="left">
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:mtd>
                        </mml:mtr>
                      </mml:mtable>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mi>ℐ</mml:mi>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtable columnalign="left">
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                  </mml:mtable>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>!</mml:mo>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mo>!</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtable columnalign="left">
                        <mml:mtr columnalign="left">
                          <mml:mtd columnalign="left">
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:mtd>
                        </mml:mtr>
                        <mml:mtr columnalign="left">
                          <mml:mtd columnalign="left">
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:mtd>
                        </mml:mtr>
                      </mml:mtable>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><bold>Example</bold><bold>:</bold> For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 8 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> I </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 13 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ; For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 101 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> I </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 19540 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec3">
      <title>3. Main Results</title>
      <p>To gain insight into the structure of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for arbitrary sets <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we first examine the specific cases of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , as these small, finite cases provide a concrete foundation for understanding the general pattern and properties of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <sec id="sec3dot1">
        <title>
          3.1. Order of Elements for
          <inline-formula>
            <mml:math>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>ℳ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </inline-formula>
          and
          <inline-formula>
            <mml:math>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>ℳ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </inline-formula>
        </title>
        <p>Extending our previous analysis in Section 2, this section presents our results on the order of elements in the magma monoid for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We group the elements into six distinct categories in Proposition 15 and investigate their order within each category, drawing on insights from Lemmas 16 and 17.</p>
        <p><bold>Proposition 15</bold><bold>:</bold> The elements of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be categorized into the following six classes for both <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <p>1) Non-identity units</p>
        <p>2) Idempotents</p>
        <p>3) Almost constant operations</p>
        <p>4) Commutative and unique square operations</p>
        <p>5) Non-commutative and unique square operations</p>
        <p>6) Other operations</p>
        <p><bold>Lemma 16</bold><bold>:</bold> For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the magma monoid contains seven idempotent elements, which form the set</p>
        <disp-formula id="FD23">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>ℐ</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>8</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>12</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>13</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>14</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>15</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>}</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>These idempotents can be further classified into:</p>
        <p>1) Identity: 12</p>
        <p>2) Constant operations: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 15 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p>3) Elements from the set <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> W </mml:mi></mml:math></inline-formula> : <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 8 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 14 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p>4) Operations that are one entry different from the identity: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 4 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 13 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p><bold>Lemma 17</bold><bold>:</bold> For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the element in the magma monoid of order 2 are categorized as follows:</p>
        <p>1) Non-identity elements: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 5 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 10 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p>2) Almost-constant operations: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 7 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p>3) Commutative and unique square operations: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 6 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 9 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p>4) Non-commutative and unique square operations: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 11 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p><bold>Theorem 18</bold><italic>For</italic><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ,<italic>if</italic><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ,<italic>then the order of</italic><inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula><italic>satisfies</italic><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p><italic>Proof</italic>. By Lemmas 16 and 17, we have exhaustively classified all the possible elements in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Hence, any element <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> must satisfy one of the conditions listed in these lemmas, implying that the order <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is either 1 or 2. □</p>
        <p><bold>Remark</bold><bold>:</bold> Note that the above results imply that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is not a monogenic semigroup when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , since every element has order 1 or 2.</p>
        <p>Following from Definition 1.2 and Theorem 18, we can classify the elements of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> into the following idempotent classes, along with their respective elements (see Example 1.1 for the corresponding operations, denoted by numbers):</p>
        <p>1) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 6 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p>2) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p>3) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi><mml:mn> 8 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 7 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 8 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p>4) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 12 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 5 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 10 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 12 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p>5) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 13 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 11 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 13 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p>6) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 14 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 14 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p>7) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 15 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 9 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 15 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p><bold>Proposition 19</bold><bold>:</bold> For any set <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> with exactly 2 elements and any operation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the set <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi><mml:mo> * </mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> forms a commutative subsemigroup of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><bold>Proposition 20</bold><bold>:</bold> Given a commutative binary operation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , there exists an idempotent operation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> e </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for some <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><italic>Proof</italic>. Consider a commutative binary operation <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> in the semigroup <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> e </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be an idempotent element. The idempotency of <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is influenced by the configuration of its diagonal elements. To explore this, we examine various scenarios related to the diagonal arrangement of the commutative binary operation <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> within <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Case 1: If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script"> T </mml:mi><mml:mi> I </mml:mi></mml:msub><mml:mo> ⊆ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and, by Proposition 9 <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is idempotent. Hence, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Case 2: If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script"> T </mml:mi><mml:mi> K </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and, by Proposition 10 <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> K </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Hence, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Case 3: For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Then, we can easily verify that <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is idempotent, <italic>i</italic>.<italic>e</italic>., <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Hence, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Case 4: For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . If we choose <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then we have <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Thus <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is idempotent by Proposition 9. Similarly, if we choose either <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then we have</p>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script"> T </mml:mi><mml:mi> K </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and by Proposition 10,</p>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> K </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Case 5: For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are pairwise distinct. If we choose <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> then we can verify that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Case 6: For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and two of the diagonal elements <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> assume the same value. If we choose <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> * </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> * </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> * </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Thus, from Case 2, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is idempotent, and therefore <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>The configurations of the diagonal elements examined above cover all possible cases of commutative binary operations.</p>
        <p><bold>Theorem 21</bold><bold>:</bold> For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a commutative binary operation, then the order of <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> satisfies <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 7 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><italic>Proof</italic>. By Proposition 20, if <inline-formula><mml:math><mml:mi> e </mml:mi></mml:math></inline-formula> is an idempotent element in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> then there exists an integer <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We now examine the following cases to determine the order of <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> :</p>
        <p>Case 1: If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Case 2: If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> so we have</p>
        <disp-formula id="FD24">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mo>∗</mml:mo>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtable columnalign="left">
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>{</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>∗</mml:mo>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>}</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>if</mml:mtext>
                          <mml:mtext>
                             
                          </mml:mtext>
                          <mml:msup>
                            <mml:mo>∗</mml:mo>
                            <mml:mn>3</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>=</mml:mo>
                          <mml:mo>∗</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>{</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>∗</mml:mo>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>3</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>}</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>otherwise</mml:mtext>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                  </mml:mtable>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>so <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Case 3: If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is either 3 or 5 since</p>
        <disp-formula id="FD25">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mo>∗</mml:mo>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtable columnalign="left">
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>{</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>∗</mml:mo>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>3</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>}</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>if</mml:mtext>
                          <mml:mtext>
                             
                          </mml:mtext>
                          <mml:msup>
                            <mml:mo>∗</mml:mo>
                            <mml:mn>4</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>=</mml:mo>
                          <mml:mo>∗</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>{</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>∗</mml:mo>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>3</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>4</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>5</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>}</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>otherwise</mml:mtext>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                  </mml:mtable>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Case 4: If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 4 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 7 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> since</p>
        <disp-formula id="FD26">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mo>∗</mml:mo>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtable columnalign="left">
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>{</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>∗</mml:mo>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>3</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>4</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>}</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>if</mml:mtext>
                          <mml:mtext>
                             
                          </mml:mtext>
                          <mml:msup>
                            <mml:mo>∗</mml:mo>
                            <mml:mn>5</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>=</mml:mo>
                          <mml:mo>∗</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>{</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>∗</mml:mo>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>3</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>4</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>5</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>}</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mtext>
                             
                          </mml:mtext>
                          <mml:mtext>or</mml:mtext>
                          <mml:mtext>
                             
                          </mml:mtext>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>{</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>∗</mml:mo>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>3</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>4</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>5</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>6</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>}</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mtext>
                             
                          </mml:mtext>
                          <mml:mtext>or</mml:mtext>
                          <mml:mtext>
                             
                          </mml:mtext>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>{</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>∗</mml:mo>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>3</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>4</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>5</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>6</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∗</mml:mo>
                                <mml:mn>7</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>}</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>otherwise</mml:mtext>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                  </mml:mtable>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Therefore, we have shown that the order of any commutative binary operation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> on a set S with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is bounded between 1 and 7, inclusive.</p>
        <p><bold>Proposition 22</bold><bold>:</bold> Given a non-commutative binary operation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the following hold:</p>
        <p>1) If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is not a unit, then there exists an idempotent operation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> e </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for some <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>2) If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then there exists an idempotent operation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> e </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for some <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>3) If there exists <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> then there exists an idempotent operation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> e </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><italic>Proof</italic>. By employing a similar line of reasoning as in the proof of Proposition 20, it can be shown that all three propositions hold true. □</p>
        <p>The order of every unit element in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is less than or equal to 144 (See Example 2.2).</p>
        <p><bold>Remark</bold><bold>:</bold> For any operation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> on the set <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the order of the subsemigroup generated by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is at most 144,<italic>i</italic>.<italic>e</italic>., <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 144 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      </sec>
      <sec id="sec3dot2">
        <title>
          3.2. Order of an Element
          <inline-formula>
            <mml:math>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∗</mml:mo>
                <mml:mo>∈</mml:mo>
                <mml:mi>ℳ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                    <mml:mi>S</mml:mi>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </inline-formula>
        </title>
        <p><bold>Proposition 23</bold><bold>:</bold>For any element <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the order of the subsemigroup generated by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is strictly less than the cardinality of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <italic>i</italic>.<italic>e</italic>., <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . In other words, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is not generated by any single element.</p>
        <p><bold>Proposition 24</bold><bold>:</bold> The magma monoid, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is not a monogenic semigroup.</p>
        <p><bold>Proposition 25</bold><bold>:</bold></p>
        <p>1) The order of the subsemigroup generated by an operation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is 1 if and only if <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> is idempotent.</p>
        <p>2) The order of every almost-constant operation, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , is 2.</p>
        <p><bold>Proposition 26</bold><bold>:</bold>Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> e </mml:mi></mml:math></inline-formula> be an idempotent element in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> then, either</p>
        <p>1) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in which case <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> generate a subsemigroup of two elements, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>2) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∘ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in which case <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> generates a subsemigroup of three elements, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><italic>Proof</italic>. If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> e </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> then the element <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> has a cyclic pattern of order 4 where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> mod </mml:mi><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . This implies that the powers of <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> are periodic, with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Consequently, the subsemigroup generated by <inline-formula><mml:math><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:math></inline-formula> has only two possible forms:</p>
        <p>1) If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> then the subsemigroup is, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>2) Otherwise, the subsemigroup is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mo> ∗ </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      </sec>
      <sec id="sec3dot3">
        <title>
          3.3. Minimal Spanning Set of
          <inline-formula>
            <mml:math>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>ℳ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                    <mml:mi>S</mml:mi>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:math>
          </inline-formula>
        </title>
        <p>Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> S </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a set with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The monoid <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> exhibits the following decomposition properties:</p>
        <p>1) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> decomposes into commutative and non-commutative elements.</p>
        <p>2) The commutative subset is closed under <inline-formula><mml:math><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:math></inline-formula> and forms a two-sided ideal, implying it cannot generate <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>3) Non-commutative elements split into units and non-units.</p>
        <p>4) The set of units is closed and contains an isolated subgroup generated by distinct constant row and column permutations.</p>
        <p>5) By Theorem 5, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> D </mml:mi><mml:mi> C </mml:mi><mml:mi> C </mml:mi><mml:mo> ∪ </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi><mml:mi> C </mml:mi><mml:mi> R </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a finitely generated subgroup of <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> U </mml:mi></mml:math></inline-formula> generated by precisely two elements.</p>
        <p>From these decompositions, we deduce:</p>
        <p>At least two elements generate the units.One additional non-unit element generates the non-commutative subset.One commutative element is required.</p>
        <p>Therefore, the minimal generating set for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> consists of at least four elements.</p>
        <p><bold>Proposition 27</bold><bold>:</bold> For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the set <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script"> T </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 5 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> spans <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and it is a minimal generating set.</p>
        <p><italic>Proof</italic>. We can decompose the elements of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> into the following:</p>
        <p>1) Units: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 5 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 10 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 12 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (distinct constant row/column permutations).</p>
        <p>2) Non-units, Non-commutative: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 11 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>3) Commutative: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 6 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 7 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 8 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 9 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 14 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 15 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>The set <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script"> T </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 5 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> generates <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> where</p>
        <p>1) Units: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 5 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> generate <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 5 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 10 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 12 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>2) Non-unit, Non-commutative: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> combined with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 5 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> generates <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 11 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>3. Commutative: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , combined with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 5 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> generates the commutative elements.</p>
        <p>Following the notation in Example 0 and the definition 0, we can do the following calculations to generate all the elements in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> \ </mml:mo><mml:mi mathvariant="script"> T </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 6 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 7 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 8 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 9 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 10 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 11 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 12 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 13 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 14 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 15 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD27">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>4</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>⊲</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>6</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mn>3</mml:mn>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>8</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD28">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mn>3</mml:mn>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>⊲</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>7</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>9</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mn>3</mml:mn>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mn>5</mml:mn>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>10</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mn>5</mml:mn>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>11</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD29">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mn>3</mml:mn>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mn>3</mml:mn>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>12</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mn>3</mml:mn>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>13</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>14</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mo>⊲</mml:mo>
              <mml:mn>3</mml:mn>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>15.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script"> T </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 5 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> forms a minimal generating set for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><bold>Remark</bold><bold>:</bold> For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the minimal generating set <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> is not unique. Specifically, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script"> T </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 5 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 11 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> also generates <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , demonstrating non-uniqueness.</p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec4">
      <title>4. Conclusion</title>
      <p>This study provides a comprehensive analysis of the magma monoid <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ℳ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⊲ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , shedding light on the algebraic structures of idempotents, almost constant operations, and units. The classification of elements for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mi> S </mml:mi><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , along with the identification of generator sets, contributes to a deeper understanding of the magma monoid’s properties. The presented methodology for finding inverses of units and identifying generator sets offers a valuable tool for further research. This work lays the groundwork for exploring the applications of magma monoids in algebra and computer science(e.g., automata [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]), and highlights potential avenues for future investigation</p>
    </sec>
    <sec id="sec5">
      <title>Acknowledgements</title>
      <p>The author would like to express their sincere thanks to the editor and the anonymous reviewers for their helpful comments and suggestions.</p>
    </sec>
  </body>
  <back>
    <ref-list>
      <title>References</title>
      <ref id="B1">
        <label>1.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">López-Permouth, S.R., Owusu-Mensah, I. and Rafieipour, A. (2021) Distributivity Relations on the Binary Operations over a Fixed Set. <italic>Communications in Algebra</italic>, 49, 5093-5108. https://doi.org/10.1080/00927872.2021.1937638 <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00927872.2021.1937638</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1080/00927872.2021.1937638">https://doi.org/10.1080/00927872.2021.1937638</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Permouth, S.R.</string-name>
              <string-name>Owusu-Mensah, I.</string-name>
              <string-name>Rafieipour, A.</string-name>
            </person-group>
            <year>2021</year>
            <article-title>Distributivity Relations on the Binary Operations over a Fixed Set</article-title>
            <source>Communications in Algebra</source>
            <volume>49</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00927872.2021.1937638</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B2">
        <label>2.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">López-Permouth, S.R., Owusu-Mensah, I. and Rafieipour, A. (2022) A Monoid Structure on the Set of All Binary Operations over a Fixed Set. <italic>Semigroup Forum</italic>, 104, 667-688. https://doi.org/10.1007/s00233-022-10280-8 <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00233-022-10280-8</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s00233-022-10280-8">https://doi.org/10.1007/s00233-022-10280-8</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Permouth, S.R.</string-name>
              <string-name>Owusu-Mensah, I.</string-name>
              <string-name>Rafieipour, A.</string-name>
            </person-group>
            <year>2022</year>
            <article-title>A Monoid Structure on the Set of All Binary Operations over a Fixed Set</article-title>
            <source>Semigroup Forum</source>
            <volume>104</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00233-022-10280-8</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B3">
        <label>3.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Kim, H.S. and Neggers, J. (2008) The Semigroups of Binary Systems and Some Perspectives. <italic>Bulletin of the Korean Mathematical Society</italic>, 45, 651-661. https://doi.org/10.4134/bkms.2008.45.4.651 <pub-id pub-id-type="doi">10.4134/bkms.2008.45.4.651</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.4134/bkms.2008.45.4.651">https://doi.org/10.4134/bkms.2008.45.4.651</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Kim, H.S.</string-name>
              <string-name>Neggers, J.</string-name>
            </person-group>
            <year>2008</year>
            <article-title>The Semigroups of Binary Systems and Some Perspectives</article-title>
            <source>Bulletin of the Korean Mathematical Society</source>
            <volume>45</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.4134/bkms.2008.45.4.651</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B4">
        <label>4.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Fayoumi, H.F. (2011) Locally-Zero Groupoids and the Center of . <italic>Communications of the Korean Mathematical Society</italic>, 26, 163-168.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Fayoumi, H.F.</string-name>
            </person-group>
            <year>2011</year>
            <article-title>Locally-Zero Groupoids and the Center of</article-title>
            <source>Communications of the Korean Mathematical Society</source>
            <volume>26</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B5">
        <label>5.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Owusu-Mensah, I. (2025) Commuting Map on Semigroup of Binary Operations. <italic>Journal of Mathematics and Computer Science</italic>, 15, 1-12.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Owusu-Mensah, I.</string-name>
            </person-group>
            <year>2025</year>
            <article-title>Commuting Map on Semigroup of Binary Operations</article-title>
            <source>Journal of Mathematics and Computer Science</source>
            <volume>15</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B6">
        <label>6.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Kim, H.S., Neggers, J. and Ahn, S.S. (2018) A Method to Identify Simple Graphs by Special Binary Systems. <italic>Symmetry</italic>, 10, Article 297. https://doi.org/10.3390/sym10070297 <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/sym10070297</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3390/sym10070297">https://doi.org/10.3390/sym10070297</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Kim, H.S.</string-name>
              <string-name>Neggers, J.</string-name>
              <string-name>Ahn, S.S.</string-name>
            </person-group>
            <year>2018</year>
            <article-title>A Method to Identify Simple Graphs by Special Binary Systems</article-title>
            <source>Symmetry</source>
            <volume>10</volume>
            <elocation-id>297</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/sym10070297</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B7">
        <label>7.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Nebeský, L. (1998) An Algebraic Characterization of Geodetic Graphs. <italic>Czechoslovak Mathematical Journal</italic>, 48, 701-710. https://doi.org/10.1023/a:1022435605919 <pub-id pub-id-type="doi">10.1023/a:1022435605919</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1023/a:1022435605919">https://doi.org/10.1023/a:1022435605919</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <year>1998</year>
            <article-title>An Algebraic Characterization of Geodetic Graphs</article-title>
            <source>Czechoslovak Mathematical Journal</source>
            <volume>48</volume>
            <fpage>102243</fpage>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1023/a:1022435605919</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B8">
        <label>8.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Nebeský, L. (2000) A Tree as a Finite Nonempty Set with a Binary Operation. <italic>Mathematica Bohemica</italic>, 125, 455-458. https://doi.org/10.21136/mb.2000.126275 <pub-id pub-id-type="doi">10.21136/mb.2000.126275</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.21136/mb.2000.126275">https://doi.org/10.21136/mb.2000.126275</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <year>2000</year>
            <article-title>A Tree as a Finite Nonempty Set with a Binary Operation</article-title>
            <source>Mathematica Bohemica</source>
            <volume>125</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.21136/mb.2000.126275</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B9">
        <label>9.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Nebeský, L. (2006) Travel Groupoids. <italic>Czechoslovak Mathematical Journal</italic>, 125, 455-458.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <year>2006</year>
            <article-title>Travel Groupoids</article-title>
            <source>Czechoslovak Mathematical Journal</source>
            <volume>125</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B10">
        <label>10.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Kelarev, A.V. and Sokratova, O.V. (2000) Syntactic Semigroups and Graph Algebras. <italic>Bulletin of the Australian Mathematical Society</italic>, 62, 471-477. https://doi.org/10.1017/s0004972700018992 <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/s0004972700018992</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1017/s0004972700018992">https://doi.org/10.1017/s0004972700018992</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Kelarev, A.V.</string-name>
              <string-name>Sokratova, O.V.</string-name>
            </person-group>
            <year>2000</year>
            <article-title>Syntactic Semigroups and Graph Algebras</article-title>
            <source>Bulletin of the Australian Mathematical Society</source>
            <volume>62</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/s0004972700018992</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B11">
        <label>11.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="thesis">Owusu-Mensah, I. (2020) Algebraic Structures on the Set of All Binary Operations over a Fixed Set. Ph.D. Thesis, Ohio University. https://etd.ohiolink.edu/acprod/odb_etd/ws/send_file/send?accession=ohiou1584490788584639&amp;disposition=inline</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="thesis">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Owusu-Mensah, I.</string-name>
              <string-name>Thesis, O</string-name>
            </person-group>
            <year>2020</year>
            <article-title>Algebraic Structures on the Set of All Binary Operations over a Fixed Set</article-title>
            <source>Ph.D. Thesis</source>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B12">
        <label>12.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Aydoğdu, P., López-Permouth, S.R. and Muhammad, R.A. (2020) Infinite-Dimensional Algebras without Simple Bases. <italic>Linear and Multilinear Algebra</italic>, 68, 2390-2407. https://doi.org/10.1080/03081087.2019.1585414 <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/03081087.2019.1585414</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1080/03081087.2019.1585414">https://doi.org/10.1080/03081087.2019.1585414</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Permouth, S.R.</string-name>
              <string-name>Muhammad, R.A.</string-name>
            </person-group>
            <year>2020</year>
            <article-title>Infinite-Dimensional Algebras without Simple Bases</article-title>
            <source>Linear and Multilinear Algebra</source>
            <volume>68</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/03081087.2019.1585414</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B13">
        <label>13.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Díaz-Boils, J. and López-Permouth, S.R. (2022) The Isomorphism Problem for Graph Magma Algebras. <italic>Communications in Algebra</italic>, 50, 4822-4841. https://doi.org/10.1080/00927872.2022.2075882 <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00927872.2022.2075882</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1080/00927872.2022.2075882">https://doi.org/10.1080/00927872.2022.2075882</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Boils, J.</string-name>
              <string-name>Permouth, S.R.</string-name>
            </person-group>
            <year>2022</year>
            <article-title>The Isomorphism Problem for Graph Magma Algebras</article-title>
            <source>Communications in Algebra</source>
            <volume>50</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00927872.2022.2075882</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B14">
        <label>14.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="confproc">Aydoğdu, P., Díaz Bolls, J., López-Permouth, S.R. and Muhammad, R.A. (2022) Two Value Graph Magma Algebras and Amenabilityx. In: <italic>Springer Proceedings in Mathematics &amp; Statistics</italic>, Springer, 383-400. https://doi.org/10.1007/978-981-19-3898-6_30 <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-981-19-3898-6_30</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1007/978-981-19-3898-6_30">https://doi.org/10.1007/978-981-19-3898-6_30</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="confproc">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Bolls, J.</string-name>
              <string-name>Permouth, S.R.</string-name>
              <string-name>Muhammad, R.A.</string-name>
              <string-name>Statistics, S</string-name>
            </person-group>
            <year>2022</year>
            <article-title>Two Value Graph Magma Algebras and Amenabilityx</article-title>
            <source>In: Springer Proceedings in Mathematics &amp; Statistics</source>
            <volume>383</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-981-19-3898-6_30</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B15">
        <label>15.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">López-Permouth, S.R. and Stanley, B. (2019) Graph Magma Algebras Have no Projective Bases. <italic>Linear and Multilinear Algebra</italic>, 69, 1997-2005. https://doi.org/10.1080/03081087.2019.1652552 <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/03081087.2019.1652552</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1080/03081087.2019.1652552">https://doi.org/10.1080/03081087.2019.1652552</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Permouth, S.R.</string-name>
              <string-name>Stanley, B.</string-name>
            </person-group>
            <year>2019</year>
            <article-title>Graph Magma Algebras Have no Projective Bases</article-title>
            <source>Linear and Multilinear Algebra</source>
            <volume>69</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/03081087.2019.1652552</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B16">
        <label>16.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Howie, J.M. (2003) Fundamentals of Semigroup Theory. LMS Monographs New Series Clarendon Press.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Howie, J.M.</string-name>
            </person-group>
            <year>2003</year>
            <article-title>Fundamentals of Semigroup Theory</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B17">
        <label>17.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Clifford, A.H. and Preston, G.B. (1961) Algebraic Theory of Semigroups Vol I. Mathematical Surveys No. 7. American Mathematical Society.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Clifford, A.H.</string-name>
              <string-name>Preston, G.B.</string-name>
            </person-group>
            <year>1961</year>
            <article-title>Algebraic Theory of Semigroups Vol I</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B18">
        <label>18.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Schwarz, Š. (1953) Contribution to the Theory of Torsion Semigroups. <italic>Czechoslovak Mathematical Journal</italic>, 3, 7-21. https://doi.org/10.21136/cmj.1953.100067 <pub-id pub-id-type="doi">10.21136/cmj.1953.100067</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.21136/cmj.1953.100067">https://doi.org/10.21136/cmj.1953.100067</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <year>1953</year>
            <article-title>Contribution to the Theory of Torsion Semigroups</article-title>
            <source>Czechoslovak Mathematical Journal</source>
            <volume>3</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.21136/cmj.1953.100067</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B19">
        <label>19.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Miller, D.W. (1983) Some Aspects of Green’s Relations on Periodic Semigroups. <italic>Czechoslovak Mathematical Journal</italic>, 33, 537-544. https://doi.org/10.21136/cmj.1983.101910 <pub-id pub-id-type="doi">10.21136/cmj.1983.101910</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.21136/cmj.1983.101910">https://doi.org/10.21136/cmj.1983.101910</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Miller, D.W.</string-name>
            </person-group>
            <year>1983</year>
            <article-title>Some Aspects of Green’s Relations on Periodic Semigroups</article-title>
            <source>Czechoslovak Mathematical Journal</source>
            <volume>33</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.21136/cmj.1983.101910</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B20">
        <label>20.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Brough, T. and Cain, A.J. (2017) Automaton Semigroups: New Constructions Results and Examples of Non-Automaton Semigroups. <italic>Theoretical Computer Science</italic>, 674, 1-15. https://doi.org/10.1016/j.tcs.2017.02.003 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.tcs.2017.02.003</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.tcs.2017.02.003">https://doi.org/10.1016/j.tcs.2017.02.003</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Brough, T.</string-name>
              <string-name>Cain, A.J.</string-name>
            </person-group>
            <year>2017</year>
            <article-title>Automaton Semigroups: New Constructions Results and Examples of Non-Automaton Semigroups</article-title>
            <source>Theoretical Computer Science</source>
            <volume>674</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.tcs.2017.02.003</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
    </ref-list>
  </back>
</article>