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Isomorfismos: preservar la estructura, funcionamiento o el orden?

Todo el mundo siempre dice que isomorphisms preservar la estructura... pero debido a las (múltiples) definiciones de isomorfismo, no puedo ver cómo las definiciones de equiparar con el significado intuitivo, que es que dos conjuntos son "básicamente la misma si se ignora a la nomenclatura y notación".

Aquí están las diferentes definiciones que he encontrado:

El Fin De Isomorfismo

Deje $A$ a (totalmente) conjunto ordenado con el pedido de $\le$ $B$ a (totalmente) conjunto ordenado con el pedido de $\preceq$. Un isomorfismo de $A$ a $B$ es un bijection $f:A\mapsto B$ que satisface $$a \le b \iff f(a) \preceq f(b)$$ para todos los $a,b \in A$.

Grupo De Isomorfismo

Deje $A$ ser un grupo con la operación $\ast$ $B$ ser un grupo con la operación $\#$. Un isomorfismo de $A$ a $B$ es un bijection $f:A\mapsto B$ que satisface $$a \ast b = c \iff f(a) \# f(b) = f(c)$$ más bien, sencillamente, $$f(a\ast b) = f(a) \# f(b)$$ para todos los $a,b,c \in A$.

Campo De Isomorfismo

Deje $A$ ser un campo con las operaciones de $\#$ $\ast$ $B$ ser un campo con las operaciones de $+$$\times$. Un isomorfismo de $A$ a $B$ es un bijection $f:A\mapsto B$ que satisface $$f(a \# b) = f(a) + F(b)$$ y $$f(a \ast b) = f(a) \times F(b)$$ para todos los $a,b,c \in A$.

Homomorphism

El mismo como un isomorfismo, pero no necesariamente un bijection.

Un ejemplo de por qué esto es confuso: Técnicamente no es el caso que $\mathbb{N}\subseteq\mathbb{Z}$. Por ejemplo, en los Números Naturales, $0$ es el conjunto vacío $\varnothing$, que no tiene elementos, sin embargo en los enteros, $0$ es la equivalencia de la clase $[(0,0)]$ de los pares ordenados cuyas componentes son números naturales que son iguales, y tiene una infinidad de elementos. Estos conjuntos no son iguales, pero para todos los intentos y propósitos, consideramos $\mathbb{N}$ a ser un subconjunto de a $\mathbb{Z}$, debido a que el conjunto de enteros no negativos es "básicamente el mismo como" el conjunto de los números naturales. Es decir, los números naturales tienen "isomorfo copias" en los números enteros. La pregunta es, que tipo de isomorfismo?

Cuál de estas definiciones de isomorfismo es "correcto", y ¿cómo se equiparan a la intuitiva lo que significa que los dos conjuntos son "básicamente el mismo"? Además, ¿cuál es el punto de homomorphism, ¿por qué es útil, y cómo es su significado intuitivo similar o diferente del significado intuitivo de isomorfismo?

22voto

Lorin Hochstein Puntos 11816

Ninguno de ellos es incorrecta; todos ellos son correctos dentro de su magisteria. Por eso hablamos de "grupo de isomorfismo", "el fin de isomorfismo", "campo de isomorfismo", etc. Omitimos el tipo específico cuando se entiende en el contexto. Se le pregunta qué es "correcto" y que es "incorrecto" es como pedir que muchos de los "Jones" en el directorio telefónico es "el verdadero Jones", y cuáles son impostores. Y al igual que un apellido determinado puede ser común, si en su lugar de trabajo sólo hay una persona con ese apellido, que puede ser referido como "Jones" sin miedo a la confusión.

Cuando se trabaja con grupos, que están interesados en grupo homomorphisms y grupo isomorphisms. Cuando se trabaja con semigroups, usted está interesado en semigroup homomorphisms y semigroup isomorphisms. Cuando se trabaja con conjuntos ordenados, yo uare interesado en fin homomorphisms y el orden isomorphisms. Etc.

La razón por la que un isomorfismo corresponde a la "esencialmente el mismo objeto" la idea es que un bijection funciona como un "re-etiquetado" de los objetos. Considere el acto de la traducción de los números de inglés a español. Adición de números no deben depender de que el lenguaje de la que estamos hablando, en el sentido de que desde "dos" corresponde a dos, y "tres" corresponde a tres, debemos esperar "cinco" (que es "dos", además de "tres") a corrrespond a cualquiera de las dos *mas* tres (es decir, cinco) corresponde. Las propiedades que los números y la suma de los números tienen no dependen de lo que nos llame a los números, sino en las propiedades de los números. Así, los números-bajo-además es "esencialmente el mismo, excepto por los nombres que usamos" como números-bajo-suma. Un isomorfismo es la forma de decir que la única diferencia entre los dos objetos, en cuanto a la singular estructura que estamos interesados es en cuestión son los "nombres" que le damos a los objetos y las operaciones.

Su ejemplo se trata con una muy específico de la construcción de la $\mathbb{Z}$ en términos de $\mathbb{N}$. La identificación es, de hecho, una identificación que lleva un montón de propiedades; es un bijection que respeta (i); (ii) la adición; (iii) la multiplicación; y (iv) cualquier operación derivada de estos. Hay otras maneras de definir el $\mathbb{Z}$ que hacer incluir $\mathbb{N}$ como un subconjunto. El punto de la isomorfismo es que no importa cómo construimos $\mathbb{Z}$ y de cómo construimos $\mathbb{N}$, al final tenemos un conjunto con ciertas propiedades, sentado dentro de otro conjunto que tiene más propiedades, y estas propiedades se mantienen independientemente de cómo hemos construido estos objetos.

Corrección: no es muy correcto que "homomorphism es el mismo como isomorfismo, pero no necesariamente un bijection". Por ejemplo, en el caso de "el fin de homomorphism", la única condición requiere que el $a\leq b\implies f(a)\preceq f(b)$, y el recíproco no es necesario (aunque lo contrario es necesario para isomorphisms). Es un poco mejor decir que un isomorfismo de conjuntos parcialmente ordenados es un homomorphism que tiene una inversa que es también un homomorphism; esto le da la bicondicional como consecuencia, en lugar de como una premisa, y es que hace encajar en el esquema general mejor. (Hacemos lo mismo con espacios topológicos, donde el concepto de isomorfismo es que de homeomorphism, que es un mapa continuo que tiene una inversa, y a la inversa también es continua. La definición de las obras en el contexto de grupos, anillos, semigroups, campos, etc., pero resulta que en esos casos, al ser una bijective homomorphism es suficiente para garantizar que el conjunto de la teoría de la inversa es también un homomorphism.)

En cuanto a homomorphisms vs isomorphisms: Hay una muy fructífera la filosofía que es la que se asigna entre los objetos son más importantes que los objetos. Si usted mira espacios vectoriales, puedes mirar en determinados espacios vectoriales y un montón de cosas bonitas, pero espacios vectoriales de verdad no entran en sus propios (en términos de poder, aplicabilidad, utilidad, etc) hasta que introducir transformaciones lineales (que son homomorphisms de espacios vectoriales). Los grupos son omnipresentes, pero es homomorphisms entre los grupos (que permiten considerar las representaciones, las acciones del grupo, y muchas otras cosas) que los hacen impresionantemente útil. Los números reales, como un espacio métrico, es muy bonito; pero es funciones continuas (homomorphisms de métrica espacios/espacios topológicos), que son la piedra angular de su aplicabilidad a la física y a otros contextos. Homomorphism son "funciones" que juega muy bien con la estructura que nos interesa." Las funciones son muy útiles, la estructura puede ser muy útil, y homomorphisms es una manera de obtener lo mejor de ambos mundos: funciones y estructura.

Homomorphisms son más poderosos que simplemente isomorphisms porque isomorphisms realmente no nos vamos a "cambiar" la estructura, sólo vamos a cambiar los nombres que le damos a los objetos en la estructura. Es homomorphisms que verdaderamente nos permiten cambiar los contextos. Si sólo se permite continuo bijections de $\mathbb{R}$ $\mathbb{R}$continuo con los inversos (lo que es un isomorfismo de espacios métricos es), usted obtendrá un montón de cosas interesantes, pero en ninguna parte cerca de lo que usted consigue cuando usted se permite considerar todas las funciones continuas.

Esta filosofía (concentrado en los mapas entre los objetos, no en los objetos mismos) está en la base de la Categoría de la Teoría (como Pete Clark menciona en los comentarios), y de la moderna toma en muchos temas.


Añadido. Como Jackson Walters puntos, yo lo he minimizado la importancia de isomorphisms arriba. Uno de los problemas fundamentales en casi cada área de la matemática es "Cuando son dos objetos que se pueden buscar diferentes en realidad el mismo?" Esto usualmente se expresa en términos de un "problema de clasificación," y generalmente se reduce a preguntar si hay una manera fácil de saber si existe un isomorfismo entre dos objetos sin tener que evaluar de forma explícita para uno, o si existe algún "manejable" lista completa de todos los objetos de interés de hasta el isomorfismo. Ejemplos de los primeros son el teorema que dice que dos espacios vectoriales sobre el mismo campo son isomorfos si y sólo si tienen la misma dimensión. Ejemplos de esto último son el "Teorema Fundamental de Finitely Generado Abelian Grupos" (que indica que cada finitely generado abelian grupo es isomorfo a uno con una particular y agradable de la estructura), y en menor medida la clasificación de los finitos simples grupos (lo cual nos indica que hay algunas familias, además de una lista limitada que contiene todos los finitos simples grupos). Isomorphisms son importantes, especialmente como una forma de simplificar el estudio de los objetos por ayudarnos a mirar lo que las cosas "son" en lugar de lo que parece.

6voto

riza Puntos 170

Cada uno es un ejemplo correcto de un isomorfismo, a pesar de que existen dentro de las diferentes categorías. La idea de que isomorphisms entre dos objetos significa que los objetos son "el mismo" hasta algún tipo de esquema para el cambio de nombre de los elementos internos es legítimo, aunque de forma limitada, la interpretación. Supongamos que recoger "todas las cosas que se puede decir" acerca de los elementos de un grupo de $G$, por ejemplo, y el uso de un isomorfismo $f$ como una manera de cambiar el nombre de los elementos de $G$: si tomamos cualquiera de nuestros recogidos enunciados verdaderos acerca de $G$ y sustituido cada instancia específica de $g\in G$ $f(g)$s, acabaríamos con una verdadera declaración en el objeto de destino. Lo contrario también es: cualquier declaración verdadera involucrando los elementos del objeto que se traduce en una verdadera declaración acerca de los elementos del objeto de origen. En este punto de vista, dos estructuras son "el mismo" cuando todo lo que puede decirse acerca de ellos (o sus elementos constituyentes) son, precisamente, uno y el mismo (hasta el nombre, por supuesto).

Es algo así como el cambio de los nombres de personajes o lugares en una historia. La estructura de la trama, y de hecho varios rasgos literarios de la historia más allá de la trama en sí, seguirá siendo la misma. De esta manera podemos imaginar que es "la misma" historia. En el otro lado, la categoría de teoría permite más elevadas abstracciones de estructuras: los objetos no necesita ni siquiera se compone de elementos para que nosotros hagamos cateogry teoría con ellos. Por lo tanto, nuestra interpretación de isomorphisms se restringe su ámbito de aplicación a familiares de los casos donde tenemos conjuntos, y adicional algebraicas y relacional de la estructura definida en ellos, como nuestros objetos.

Para muchos los intentos y propósitos, una de morfismos puede ser pensado como una estructura dentro de otra estructura. Puede darse el caso de que se pliegan hacia arriba y comprimir el objeto de origen cuando lo ponemos en el objeto de destino, y también puede darse el caso de que nuestra colocación de la fuente en el interior de destino no se llene la totalidad del objeto de destino, pero sólo una parte de ella. Aquí es donde hemos de inyectividad y surjectivity entran en juego. Un isomorfismo se produce cuando nuestro colocación es una perfecta superposición de fuente a destino: no plegable que era necesario, y nos llenan a todos de la habitación en el destino.

Para ser específicos: un fallo de inyectividad ("plegado" o "compresión") se produce cuando los distintos elementos del objeto de origen se envían a un solo elemento en el objeto de destino, y una falta de surjectivity se produce cuando hay elementos del objeto de destino con ningún elemento correspondiente en la fuente.

Esto es sólo algunos de mi intuición personal sobre el tema.

3voto

Encryptic Puntos 107

No existe una única noción de isomorfismo que funciona en todos los casos. Un isomorfismo es una 'estructura de la preservación de bijection', pero hay muchos diferentes estructuras que podría preservar. Por lo general los estudios de homo - y isomorphisms en un contexto dado. En el fin de la teoría, uno de los estudios de fin de morfismos; en teoría de grupos, morfismos que preservan la estructura del grupo. Cuando el estudio de los mapas entre los conjuntos ordenados, grupos, o cualquier otro objeto con estructura, tiene sentido considerar los mapas que conservar esta estructura (un ejemplo básico es quizás lineal mapas; estos son esencialmente morfismos de espacios vectoriales).

Dos conjuntos que son isomorfos son que "básicamente el mismo" en ese contexto específico. Isomorfo grupos tienen una idéntica estructura del grupo. Por lo tanto, si usted se olvida de cualquier otra estructura de los conjuntos que pueda tener, usted podría decir que son idénticos. Hay sin embargo existen otras estructuras que no son compatibles.

En el caso de los números enteros y números naturales, hay una natural bijective mapa de $f\colon\mathbb{Z}_{\geq 1}\leftrightarrow \mathbb{N}$. Podríamos decir que esto es un isomorfismo de conjuntos (la base de la noción de conjunto no ofrece ninguna estructura adicional para preservar) y los llaman "básicamente la misma", sobre la base de que. Si nos interesa más la estructura de estos conjuntos, tal vez algebraicas (suma, multiplicación) o de orden teórico, podríamos señalar que $f$ conserva esta estructura.

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