抽象代数习题(20) – 整环

《抽象代数》第二十章讲的是一类特殊的环:它满足乘法交换律,含有单位元,并且消去律成立。这样的环称为整环 (integral domain)

整数集合 ℤ 就构成整环。整环的很多性质与整数的性质类似。模素数 p 的环 ℤp 也是有限整环。事实上,它也是域;有限整环都是域。

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抽象代数习题(19) – 商环

《抽象代数》第十九章讲了环论中的几个概念:

  • 陪集、商环和同态基本定理。它们和群论中的概念都是相对应的,只是额外涉及到了乘法运算。
  • 素理想 (prime ideal) 和极大理想 (maximal ideal)。这些概念在群论的章节中没有讨论过。
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抽象代数习题(17) – 环

《抽象代数》第十七章讲的是群之后的新代数结构:环 (ring)。基本的环由 2 部分构成:

  • 交换加群(以加法为运算的 Abel 群)
  • 乘法运算(必须满足结合律和分配律)

在此基础上,可以乘法运算叠加一些可选项:交换律、单位元、消去律、逆元。具备所有上述各项的称为域 (field)。

环刻画了一些可以进行计算的对象的性质(例如:整数、矩阵、多项式)。常见的数集 \(\mathbb{Z\subset Q\subset R\subset C}\) 都是环,并且除了 \(\mathbb Z\) 外都是域。此外,\(\mathbb Z_n\) 和模 n 加法/乘法构成含单位元的交换环。因此,可以用环的理论去研究它们。

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抽象代数习题(16) – 同态基本定理

《抽象代数》第十六章是群论部分的最后一章。这一章讲了同态基本定理 (fundamental homomorphism theorem, FHT)。它把商群和同态两个概念联系起来:由任意正规子群 H 可以构造商群 G/H,从而构造从 G 到 G/H、以 H 为核的同态;反之亦然。

本章习题部分放进了许多补充内容,包括群论中的一些著名定理,如 Cauchy 定理、Sylow 定理等。这部分内容我没有看完,所以先只选做其中较简单的一部分习题。

  • 2022-03-12:补充了 Cauchy 定理和 Sylow 定理的证明。
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抽象代数习题(15) – 商群

《抽象代数》第十五章讲商群 (quotient group)。当 H 是 G 的正规子群时,H 的所有陪集可以定义乘法运算 Ha·Hb = H(ab),并且构成一个群,这就是商群 G/H。

一个例子是 ℤ/nℤ。它实际上就是(同构意义上)模 n 加法群或 n 阶循环群。这是因为 nℤ 的所有陪集的形式为 nℤ+r,把整数集按模 n 的余数划分为 n 个等价类,并且陪集之间的运算法则和模 n 加法是完全一致的。

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抽象代数习题(14) – 同态

《抽象代数》第十四章讲了代数中的一个核心概念:同态 (homomorphism),指的是一个映射 \(f: G \to H, f(xy) = f(x)f(y)\),和同构的区别是这里不要求双射。

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抽象代数习题(13) – 陪集

《抽象代数》第十三章讲了群论中非常特别的概念:陪集 (coset)。群 G 的子群 H 中的所有元素和 G 中的某元素相乘,构成左陪集 aH = { ah : h ∈ H } 或右陪集 Ha = { ha : h ∈ H }。

陪集定义看似简单,却具备非常深刻的性质。著名的 Lagrange 定理1

有限群的阶一定是其子群的阶的倍数。 H ≤ G ⟹ ord(H) | ord(G).

描述的是子群和群的阶的关系。陪集是建立这种关系的桥梁。

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抽象代数习题(10) – 群元素的阶

《抽象代数》第十章讲了元素的阶。对群中元素 a,满足 an = e 的最小正整数称为元素 a 的。如果不存在这样的整数,则称 a 的阶为无穷。

阶的概念把群的任意元素和单位元通过一个正整数联系起来。因为单位元的特殊性,阶具备一些特殊性质。这些特殊性质很大程度上也依赖于正整数的数论性质。

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抽象代数习题(9) – 同构

《抽象代数》第九章讲了群的同构 (isomorphism)。群 (G,·) 和 (H,*) 同构则它们本质上是一样的,只有表面上的区别(元素名)。可以找到一个双射 f: G→H, f(x·y) = f(x)*f(y) 将它们对应起来。

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