抽象代数习题(28) – 向量空间
《抽象代数》第二十八章讲的是向量空间的基础知识。本书对读者(比如我)的基础知识要求不高,专门用了一个章节讨论这些通常在线性代数课中应已涵盖的内容。在后续的章节中,常会把用域 F 中的元素视为数,扩域 K 中的元素视为“向量”,使他们构成一个向量空间,然后用向量空间的性质证明一些结论。
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继续阅读 →《抽象代数》第二十七章讲的是域扩张 (extension of fields)。F[x] 中的多项式在 F 中不一定有根,但是,在比 F 更大的域 K 中可以有根。在初等数学中就有这样的例子:x²-2 和 x²+1 都是 ℚ[x] 中的多项式,但是它们的根分别在扩域 ℝ 和 ℂ 中。
本章研究了代数元、多项式和域扩张之间的联系。
《抽象代数》第二十六章研究 F[x] 中将 x 代入具体数值,多项式作为函数时的行为。一个重要的结论是多项式的根与因式的关系:\[f(a) = 0 \iff (x-a) \mid f(x)\]这看上去是显然的。
特别地,这一章研究了几个常见的多项式环的可约性问题和求根问题:
《抽象代数》第二十五章研究多项式的因式分解。常见的多项式环 ℚ[x]、ℝ[x] 和 ℂ[x] 都可以放到一般的 F[x] 中研究,其中 F 是域。
和整数类似,域上的多项式也可以做带余除法:a(x) = b(x)q(x) + r(x),其中 r(x)=0 或者 deg r(x) < deg b(x)。因此,F[x] 和整数环 ℤ 有很多类似的性质;它们属于同一类特殊的环,按特殊到一般的顺序列举如下:
《抽象代数》第二十四章讲的是另一种常见的环:多项式环 (rings of polynomials)。环中的元素即初等代数研究的多项式 \[a(x) = a_0+a_1x+a_2x^2+\cdots+a_nx^n\] 其中,每一项的系数 \(a_i\) 都取自某个环 \(A\)。所有这样构成的多项式形成的环记作 \(A[x]\)。当 \(A\) 是含单位元的交换环(或整环)时,\(A[x]\) 也是含单位元的交换环(或整环);当 \(A\) 是域时,\(A[x]\) 总是可以做多项式除法。
可以从另一个角度看待多项式:向环 \(A\) 中引入新元素,构成一个新环。例如 \(\newcommand\Z{\mathbb Z}\Z[i]=\{a+b\sqrt{-1} : a,b\in\Z\}\) 包含了所有的所谓 Gauss 整数;这是通过向整数环引入虚数单位 \(\sqrt{-1}\) 得到的。
继续阅读 →《抽象代数》第二十一章到第二十三章主要研究整数的性质,因此和初等数论有比较大的重叠。我把它们的习题放在同一篇。
继续阅读 →《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。
继续阅读 →《抽象代数》第十九章讲了环论中的几个概念:
《抽象代数》第十八章讲的几个概念和群论中的概念相对应:
《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:
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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