• 【抽象代数】 01


      在一般人的印象中,数学就是用来计算的,这种说法笼统讲也没有错,因为大部分的数学应用都是为了得到某个值。但如果深入到数学对象这个角度,计算有时并不是主角。最简单的例子就是大家熟悉的平面几何,它很多时候只是在研究点线之间的“关系”。代数学刚开始被用作计算的符号表示,但随着其使用范围的扩大,人们发现它还可以表示各种各样的“关系”。在集合论中,我们已经看到过“关系”的精确定义,那么这里我开始对它的深入讨论。“关系”存在于非常多的应用模型中,它们之间在本质有着非常类似的结构,抽象代数就是研究这些结构的科学。

      故事还得从解方程说起,说到一元二次方程,想必大家不会忘记那个韦达定理。韦达率先将简洁的代数符号引入到公式的表达中,并给出了二次到四次方程解的代数式表示。你可能不知道,任意一元三次、四次方程解其实也是有完整的公式的,它们早在欧洲中世纪末期就被完全解决了。但奇怪的是,一元五次方程或更高次的方程,人们怎么努力都无法找到它们的根式解。正如“三大作图难题”一样,大家刚开始还是以为我们只是没有找到正确的方法,却从未想过它们根本是作不出来的!

      五次方程的解一直拖到了十九世纪,拉格朗日首先发现了置换在方程解的问题中的关键作用,年轻的阿贝尔(Abel)沿着这条路证明了:五次方程并无一般性的根式解。而同样年轻的伽罗瓦则走得更远,它首先提出了群的概念,并彻底给出了方程有根式解的充要条件,将这个问题彻底解决。群的提出及伽罗瓦的理论标志着抽象代数的诞生,它将以压倒性的优势取代微积分而成为数学的支柱,它也为了近代数学和传统数学的分水岭。抽象代数是数学中的万能钥匙,它的引入几乎改变了所有数学分支的面貌,它以全新的视角重新打开了分析、几何、数论、拓扑等学科。当然,抽象代数的完全建立经历了漫长的时间,是通过无数优秀的数学家搭建起来的,你可以在网上找到它的历史概况,这里就不多说了。

    Galois(1811-1832)

      抽象代数如今已是一个基础的数学方法,它不仅在纯数学里起着支柱性的作用,它的思想其实有着普遍性的价值,在物理学、结晶学、密码学里都有着用武之地。本篇博客只打算介绍基础性的概念和结论,高级的内容计划令开课题。感觉自己目前的理解仍是肤浅的,还需要不断地参悟其中的精髓。个人认为抽象代数是数学里的哲学,不断地去思考其本质才是最有价值的事情,它对抽象思维的锻炼和科学方法论的建立亦有很大帮助。

      本系列目录

        02 - 代数与群

        03 - 商群和直积

        04 - 类方程和有限群

        05 - 环和域

        06 - 理想与直和

        07 - 因子分解和多项式环

        08 - 域的扩张

        09 - 伽罗瓦理论

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    【前序学科】 集合论,实数系统,初等数论

    【参考资料】

    [1] 《代数学引论》(2nd),聂灵绍,2009

      介绍了抽象代数的重要结论,取材广泛而深入,表达严谨而精炼,有大量的习题,部分高级内容较难。

    [2] 《近世代数》,杨子胥,2000

      一本不错的国内教材,内容全面,结构清晰。习题具有启发性,但部分证明没有思路提示,看起来会费劲。

    [3] 《近世代数引论》,冯克勤,2002

      内容概略紧凑,丰富而清晰,可以作为进阶读物。只是名词和符号过多,且使用不方便。扩展阅读部分有很多有名的应用场景。

    [4] 《近世代数》(2nd),韩士安,2009

      主体内容比较浅显,对一些简单的例子讲解很详细,适合入门者。附加内容比较深入,习题也很丰富。书中有不少历史典故,可以增加阅读兴趣。

    [5] 《抽象代数基础》,李克正,2007

      非常紧凑地介绍了抽象代数的重要结论,并没有详细的证明,但举了非常多的例子,旨在让读者对抽象代数有个感性的认识。高级内容很深入,阅读素材有深度,适合进阶阅读。

    [6] 《抽象代数概貌》,曹锡华,1990

      抽象代数主要问题和结论的概述,属于学术简介,介绍的是比较前沿的问题。

    [7] 《近世代数三百题》,冯克勤,2010

      不错的习题集,难度较大,覆盖比较广,值得仔细思考。

    [8] 《近世代数习题解》,杨子胥,2003

      题量巨大,讲解详细,大部分内容较基础,适合入门者的习题集。

    [9] 《古典数学难题和伽罗瓦理论》,徐诚浩,1984

      群论和伽罗瓦理论的科普读物,并介绍了方程求根和作图难题的不可解性。其实也是一本专业读物,适合快速了解这些难题所需的代数知识。作者尽量挑选了必要的理论,并作了详尽的论述,是进阶的科普读物。

    [10] 《Abstract Algebra》(3rd),D.S. Dummit,2004

      抽象代数的经典教材,内容全面而紧凑,既包含基础内容,也有很多进阶内容。

    [11] 《A first cource in Abstract Algebra》(3rd),J.J. Rotman

      又一本经典教材,相比而言内容更基础,讲述十分详尽,丰富的例子有更好的直观感受,适合入门。

    [12] 《Contemporary Abstract Algebra》(7th),J.A. Gallian, 2009

      内容十分丰富,除了基础概念之外,有大量的习题、补充读物以及理论话题,适合进阶学习。

    [13] 《Abstract Algebra》(2nd),P.A. Grillet,2006

      一本研究生教材,很多高级内容比较难,适合进阶学习。

    [14] 《Elements of Modern Algebra》(8th),L.Gilbert,2008

      一本不错的入门书,讲解十分细致浅显,大量的例题生动直观。

    [15] 多项式部分还参考了一些“高等代数”教材,详细书单请参考“线性代数”专题。

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