数学教育 : 物理学类 > 抽象代数
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No. 1
  抽象代数(Abstract algebra)又称近世代数(Modern algebra),它产生于十九世纪。
  抽象代数是研究各种抽象的公理化代数系统的数学学科。由于代数可处理实数与复数以外的物集,例如向量(vector)、矩阵(matrix)、变换(transformation)等,这些物集的分别是依它们各有的演算定律而定,而数学家将个别的演算经由抽象手法把共有的内容升华出来,并因此而达到更高层次,这就诞生了抽象代数抽象代数,包含有群(group)、环(ring)、Galois理论、格论等许多分支,并与数学其它分支相结合产生了代数几何、代数数论、代数拓扑、拓扑群等新的数学学科。抽象代数已经成了当代大部分数学的通用语言。
  被誉为天才数学家的Galois(1811-1832)是近世代数的创始人之一。他深入研究了一个方程能用根式求解所必须满足的本质条件,他提出的“Galois域”、“Galois群”和“Galois理论”都是近世代数所研究的最重要的课题。Galois群理论被公认为十九世纪最杰出的数学成就之一。他给方程可解性问题提供了全面而透彻的解答,解决了困扰数学家们长达数百年之久的问题。Galois群论还给出了判断几何图形能否用直尺和圆规作图的一般判别法,圆满解决了三等分任意角或倍立方体的问题都是不可解的。最重要的是,群论开辟了全新的研究领域,以结构研究代替计算,把从偏重计算研究的思维方式转变为用结构观念研究的思维方式,并把数学运算归类,使群论迅速发展成为一门崭新的数学分支,对近世代数的形成和发展产生了巨大影响。同时这种理论对于物理学、化学的发展,甚至对于二十世纪结构主义哲学的产生和发展都发生了巨大的影响。
  1843年,Hamilton发明了一种乘法交换律不成立的代数——四元数代数。第二年,Grassmann推演出更有一般性的几类代数。1857年,Cayley设计出另一种不可交换的代数——矩阵代数。他们的研究打开了抽象代数(也叫近世代数)的大门。实际上,减弱或删去普通代数的某些假定,或将某些假定代之以别的假定(与其余假定是兼容的),就能研究出许多种代数体系。
  1870年,Kronecker给出了有限Abel群的抽象定义;Dedekind开始使用“体”的说法,并研究了代数体;1893年,韦伯定义了抽象的体;1910年,施坦尼茨展开了体的一般抽象理论;Dedekind和Kronecker创立了环论;1910年,施坦尼茨总结了包括群、代数、域等在内的代数体系的研究,开创了抽象代数学。
  有一位杰出女数学家被公认为抽象代数奠基人之一,被誉为"代数女皇",她就是Emmy Noether, 1882年3月23日生于德国埃尔朗根,1900年入埃朗根大学,1907年在数学家哥尔丹指导下获博士学位。Noether的工作在代数拓扑学、代数数论、代数几何的发展中有重要影响。1907-1919年,她主要研究代数不变式及微分不变式。她在博士论文中给出三元四次型的不变式的完全组。还解决了有理函数域的有限有理基的存在问题。对有限群的不变式具有有限基给出一个构造性证明。她不用消去法而用直接微分法生成微分不变式,在格丁根大学的就职论文中,讨论连续群(Lie群)下不变式问题,给出Noether定理,把对称性、不变性和物理的守恒律联系在一起。1920~1927年间她主要研究交换代数与交换算术。1916年后,她开始由古典代数学向抽象代数学过渡。1920年,她已引入“左模”、“右模”的概念。1921年写出的<<整环的理想理论>>是交换代数发展的里程碑。建立了交换Noether环理论,证明了准素分解定理。1926年发表<<代数数域及代数函数域的理想理论的抽象构造>>,给Dedekind环一个公理刻画,指出素理想因子唯一分解定理的充分必要条件。Noether的这套理论也就是现代数学中的“环”和“理想”的系统理论,一般认为抽象代数形式的时间就是1926年,从此代数学研究对象从研究代数方程根的计算与分布,进入到研究数字、文字和更一般元素的代数运算规律和各种代数结构,完成了古典代数到抽象代数的本质的转变。Noether当之无愧地被人们誉为抽象代数的奠基人之一。1927-1935年,Noether研究非交换代数与非交换算术。她把表示理论、理想理论及模理论统一在所谓“超复系”即代数的基础上。后又引进交叉积的概念并用决定有限维Galois扩张的布饶尔群。最后导致代数的主定理的证明,代数数域上的中心可除代数是循环代数。
  1930年,毕尔霍夫建立格论,它源于1847年的bool代数;第二次世界大战后,出现了各种代数系统的理论和Bourbaki学派;1955年,Cartan等建立了同调代数理论。
  到现在为止,数学家们已经研究过200多种这样的代数结构,如其中最主要的Lie代数是不服从结合律的代数的例子。这些工作的绝大部分属于20世纪,它们使一般化和抽象化的思想在现代数学中得到了充分的反映。
百科辞典
  抽象代数
  Abstract algebra
    抽象代数(abstraet algebra)
  抽象代数是描述代数类型的一个术语,与近代
  代数和一般代数同义。它是从本世纪20年代中期以
  来发展起来的,并已成为现代数学的基础用语。以前
  的代数是高度计算性的,并且限于研究一般以实数
  及复数为基础的特定数系。与此相反,抽象代数是概
  念性的、公理化的,讨论的是非特定的任意元素集合
  的系统,以及满足已规定的若干公理的某些合成法。
  把较老的矩阵论与较抽象的线性代数进行比
  较,就能清楚地看出较老的论述与现代的论述之区
  别。二者大致都是讨论数学的同一部分,前者用直接
  论述的方法,强调矩阵运算,后者用公理的与几何的
  观点,把向量空间与线性变换当作基本的概念而把
  矩阵当作较次要的概念。参阅“线性代数(1i near。1-
  gebra)、“矩阵论,,(matrix theory)条。
  概貌抽象代数讨论若干重要的代数结构,如
  群、环与格。参阅“群论,’(group theory)条。
  这种结构由一集合S组成,它的元素并未指定
  其性质,且在S上赋予了若干个有限重的合成法。
  如y为一个正整数,一个y重合成法就是使S中任
  意y个元的组(a,,aZ,…,ar)对应于S中唯一的
  元“(a,,aZ,…,外)。为了方便起见,也可考虑
  “零重”合成法,即选取S的特殊元。在S一G是群的
  情况下,我们有一个单一的双(~2重)合成法,它
  要满足几个称作群公理的简单条件。这时,我们通常
  把。(a,b)写成ab,或者写成a+b。如果群是可换
  的,即对所有的a,b有aJ(a,b)一。(b,a)。在环
  R的情况,我们就有两个双合成法,记作ab与a+
  b,它们要遵从一些叫做环公理的条件。
  除内在地讨论代数结构外,讨论一个代数结构
  在另一个方面的作用也是有趣的。重要的例子是模
  的理论及它的特殊向量空间的理论。我们定义环R
  的左模为一交换群M,环R可作用在它左边,其含
  义为:给出一对元素(a,x),这里a在R中,x在
  M中,那末它决定M中唯一元ax.假定模积ax满
  足模公理a(x+刃~ax+ay,(a+b)x=ax+b二,
  (ab)x=a(bx),这里,a,b是R中的任意元,x,
  y是M中的任意元。
  在代数结构的研究中,相当大的一部分可以用
  统一的方法来开展,而不必限定特殊的结构。但抽象
  代数较深的方面却要求对各个系的特殊化,其多样
  性在很大程度上可应用于数学的其他领域和物理
  学。代数结构的一般研究叫做泛代数。这里的基本概
  念是一个代数结构S到第二个结构S’内的同态,并
  且在S与夕的合成法集合之间有一个一一对应
  aJ”。‘,使得对于同样的r=o,l,2,3,…,。与。‘
  都是r重的。S到夕内的同态就是S到S’内的这样
  一个映射,使得对于S中的所有a、以及所有对应的
  合成法。,以有。(al,…,a,)=、,〔f(a:),…,
  f(a,
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