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Preservar la igualdad entre distintos objetos matemáticos

Estoy tomando un 'Introducción a la Matemática Superior'-tipo de curso ahora mismo, se que aprender sobre los conceptos básicos de la teoría de conjuntos, teoría de números, álgebra, etc. y tuve el siguiente pensamiento:

Digamos que usted está tratando de resolver un problema en algunos matemáticos campo $A$, tiene objetos $a$ $b$ dentro de la teoría de la $A$. Te das cuenta de que los objetos de $c$ $d$ en el campo de $B$ son similares a los objetos de $a$ y $b$, y que su problema es más fácil de resolver en el campo de la $B$. Hay un manera de hacer $a \equiv c$$b \equiv d$, de modo que usted puede volver atrás y vuelta entre $A$$B$, siendo seguro que lo que sea que usted hizo en $B$ también es válido en $A$, y viceversa?

Tal vez un ejemplo podría hacer lo que estoy tratando de decir más claro. (Todavía estoy aprendiendo los conceptos básicos, soy consciente de que mi conocimiento es muy limitado, así que discúlpame si mi elección de ejemplos no es muy buena.)

Deje $A = \{a,b,c,d\}$. Deje $R$ ser una relación de equivalencia en $A$, de tal manera que $$R=\{(a,a),(b,b),(c,c),(d,d),(a,b),(b,a),(a,c),(c,a),(b,c),(c,b)\}.$$

Ahora, vamos a decir que me quiero convertir esto en un grafo dirigido, por lo que el conjunto de vértices ser todos los elementos de a$A$, de modo que $V=A$ y el conjunto de arcos ser la relación de equivalencia en $A$ tal que $E=R$. Tenemos el siguiente gráfico:

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Ahora, vamos a su matriz de adyacencia

$$ M_{ij}= \left( \begin{array}{cccc} 1&1&1&0\\ 1&1&1&0\\ 1&1&1&0\\ 0&0&0&1\\ \end{array} \right), $$ (where $a=1,b=2,c=3,d=4$ for $i,j$).

Como podemos ver, ahora tenemos tres maneras diferentes de abordar el mismo objeto; ahora, supongamos que quiero hacer algo con la inicial de la relación, tal vez resolver algún problema o ejercicio, mi pregunta es: ¿hasta qué punto puedo usar teoremas o resultados en la Teoría de grafos o Álgebra Lineal/la Teoría de la Matriz para que me ayude a resolver el problema?

Yo sé que tal vez mi ejemplo es de muy mala calidad, pero mi pregunta es más general: dado alguna equivalencia entre algunos de los objetos matemáticos en diferentes teorías, hay una manera de sistematizar todas las cosas que me puede y no puede hacer en una teoría que preservar la equivalencia entre los objetos que estoy usando?

E. g, en mi ejemplo anterior, digamos que operan exclusivamente en la matriz de adyacencia del grafo, para intentar solucionar mi problema; tal vez hay algún teorema o proposición que hace que mi problema más fácil de Álgebra Lineal que en la Teoría de conjuntos, ¿cómo puedo demostrar que cualquiera sea el resultado que obtengo en la matriz es equivalente al resultado que me gustaría conseguir trabajo en los sets solo?

A intentar resumir, lo que yo estoy preguntando es:

  • ¿Cómo puedo trabajar en un problema a partir de una rama de la matemática a otro sin perder las propiedades de los objetos con la que estoy trabajando, así que mis resultados son válidos.
  • ¿Hay alguna forma de generalizar la idea de la equivalencia entre las teorías.

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Peter Jaric Puntos 2172

Como se señaló en los comentarios, de lo que se habla es omnipresente en ciertas partes de las matemáticas. Que yo sepa, no hay ninguna algorítmica proceso que permite determinar esto. Lo que usted puede y no puede hacer dependerá del problema. De hecho, averiguar cuando tales cosas son posibles, y que la explotación de la interacción, diría yo, es una característica de la matemática moderna. La clase de equivalencia que usted desea tener, creo, es demasiado general. Usted tendría que elegir cuál es la pregunta que desea responder y ver si se puede usar un suficiente noción de equivalencia.

Aquí están algunos ejemplos de los que conozco.

Topología algebraica: Aquí, una de las principales preguntas que usted puede hacer es: son dos espacios homeomórficos (es decir, el mismo en el sentido de la topología)? Esta pregunta es muy difícil de responder. La idea en topología algebraica es la de asociar, de una manera uniforme, ciertas estructuras algebraicas para topológica de estructuras. Es un poco más grueso de lo que están haciendo alusión a pesar de que. Dos estructuras pueden tener diferente estructura topológica, pero tienen la misma estructura algebraica asociada a ellos. La verdadera utilidad se deriva del hecho de que si ellos tienen diferentes estructuras algebraicas asociadas a ellos, entonces ellos son diferentes.

Dinámica simbólica: podemos asociar ciertos sistemas dinámicos (pensar acerca de una luz que cambia de color cada segundo entre 10 colores diferentes) para simbólico de los sistemas dinámicos (creo que de secuencias infinitas de base 10. Hay una buena manera de asociar estas dos cosas juntas: Asigna un dígito para cada color, y el color cambia a cada momento es el siguiente término en la secuencias) que se entienden mejor/donde tenemos una gran cantidad de técnicas que están bien desarrollados para el manejo de una amplia variedad de preguntas. En general, dependiendo de la forma en que se establece la asociación, diferentes cosas son posibles, pero la idea clave es lo que resalta. Qué buen resultado que se puede obtener depende de lo bien que la asociación entre el sistema que era.

Categoría de la Teoría: Esta área tiene muchas conexiones con lo que está hablando, y, en cierto sentido, es un marco que le da un muy conveniente lenguaje para hablar acerca de tales cosas. Categorías de objetos y morfismos, que son los mapas de entre los objetos que tiene. Utilice functors que tomar objetos en una categoría a otra y conserva los morfismos de alguna manera útil.

Permítanme usar lo anterior para ilustrar el por qué de su pregunta general es complicado. Voy a ser la mano ondulado, pero espero que la idea de todo. Supongamos que usted trabaja con espacios topológicos. Así que usted tiene suficiente estructura en el espacio para hablar sobre lo que es una función continua. Ahora los objetos son espacios topológicos y los morfismos son homeomorphisms. Usted puede tomar su topológico, espacio para un conjunto que se ve exactamente como el mismo conjunto a través del uso de un functor. Y usted dice, hey, voy a olvidar todo acerca de la estructura topológica y sólo recuerda lo que el conjunto parece. Este es un ejemplo de lo que se llama un olvidadizo functor. Parece un inútil idea en este contexto: no Hay nada para ser utilizada, olvidó todo acerca de tu espacio que es muy interesante.

Entonces, ¿por qué darles algo que parece inútil? El punto es que el uso olvidadizo functors en topología algebraica demasiado!!! Sólo, ahora son menos olvidadizos; recuerdan bastante a ser útil, pero se olvida suficiente que podemos manejarlos más fácilmente.

Para reiterar: no Hay "una talla para todos" de la solución (al menos no se conoce y estoy 100% de que no vamos a encontrar uno). Usted necesita para descomponer el problema y averiguar lo que las técnicas, los resultados de otras áreas que usted puede ser capaz de utilizar y si se puede establecer una lo suficientemente fuerte noción de las relaciones entre las estructuras para obtener el resultado que usted desea.

5voto

Tus ideas son muy interesantes y, lo que es más importante, fructífero. Puede haber varias maneras de interpretar y aplicar lo que usted propone, pero voy a describir sólo uno de ellos.

Una aplicación de esto es la transferencia teorema de Robinson marco para el análisis con infinitesimals. Aquí nos damos cuenta de que lo que queremos hacer en los reales: conjuntos, funciones, o más objetos complicados, puede ser formalizada en un primer orden de la teoría. La transferencia teorema afirma que el natural, extensiones de todas esas cosas sigue respondiendo a las mismas reglas, fórmulas, etc. como el original de los objetos sobre los reales. Por ejemplo, la relación $\sin^2 x +\cos^2 x=1$ mantiene para todos los hyperreal entradas, incluyendo infinitesimal e infinito $x$. Cada función tiene un natural hyperreal extensión que permite definir la derivada mediante el uso de un cociente de diferenciales como Leibniz hizo. Para más detalles, consulte las preguntas bajo la etiqueta .

5voto

Justin Benfield Puntos 41

Definitivamente, me gustaría decir que la Categoría de la Teoría fue inventado para explorar exactamente el tipo de cosa que usted está preguntando acerca de. La parte complicada es que si los objetos en cuestión son similares pero no idénticos (a diferencia de en tu ejemplo, donde literalmente se han dado diferentes representaciones del mismo objeto), entonces el analógico no es perfecto, y algunas cosas que usted sabe acerca de los objetos $a$ $b$ no tiene análogos o incluso ser significativo para $c$$d$. (En la categoría de teoría, uno se ocupa de la olvidadizo functors entre las categorías, que la captura de este concepto de manera general).

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