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Álgebra: las Mejores imágenes mentales

Tengo curiosidad por la forma de pensar de la gente de Álgebras (en el sentido universal, es decir, monoids, grupos, anillos, etc.). Diagramas de Cayley de los grupos generadores son útiles para pensar acerca de las acciones del grupo en sí mismo. Yo sé que un categórico enfoque es cada vez más convencional. Para mí, el entramado de la teoría es mi reserva.

Celosía teoría es útil recordar el diamante de morfismos y teorema de celosía de morfismos teorema. Cuando necesito recordar si un grupo puede ser expresado como un semidirect producto miro a los dos subgrupos donde su conocer es la parte inferior del subgrupo de celosía, la combinación es la parte superior de esta red y uno de los subgrupos es la contenida en el normal sublattice. Esto me parece más fácil de recordar la definición formal ya que he traducido a las relaciones espaciales en la red. Ahora estoy estudiando ideal de la teoría y álgebra conmutativa.

Creo que el ajuste a cero de la $\mathbb(V)$ como-el conjunto de los primos más pequeños ideal que contiene el elemento. Tengo la curiosidad de si se trata de un general de la forma en que los demás se han ido, de pensar "algebraica".

39voto

Jeff Puntos 804

Ejemplos! Todas las teorías abstractas fueron motiviated históricamente mediante ejemplos específicos. Todavía están motivando a día de hoy, que ofrece bonitas imágenes mentales y nos dicen lo que el estudio de los objetos abstractos.

Para los grupos, creo que de automorphism grupos de objetos geométricos, así como de los grupos fundamentales de niza espacios, o más simplemente, del grupo correspondiente a un rompecabezas como el cubo de Rubik. La conjugación $a^{-1} b a$ significa que por primera vez hacer una instalación de mover $a$, luego hacer mi traslado real $b$, y luego tengo que poner con $a^{-1}$. Esta intuición es también útil para la general y más abstracto de los grupos. El producto es sólo una especie de concatenación de hacer algo, y a la inversa sólo se invierte la acción. El colector $a b a^{-1} b^{-1}$ medidas de la superposición de los movimientos $a$$b$.

Un groupoid es sólo un montón de grupos que se comunican el uno con el otro. Hay muchos puzzles que corresponden a groupoids, por ejemplo Un Cuadrado.

Para monoids, creo que de endomorfismo monoids de los objetos geométricos. El producto puede ser imaginado como el anterior. Nosotros sólo podemos ir hacia atrás. Cada elección es definitiva.

Como para conmutativa de los anillos, creo que el anillo de funciones interesantes en un agradable espacio. En la geometría algebraica uno se entera de que en realidad cada conmutativa anillo es el anillo de funciones regulares en su espectro. Por lo tanto uno siempre puede imaginar elementos de un anillo conmutativo como funciones. Para las funciones que tenemos un montón de experiencia y la intuición desde los días de escuela.

Módulos sobre un anillo conmutativo $R$ puede ser añadido ($\oplus$) y se multiplica ($\otimes$) tanto como si ellos constituirían un anillo. Tenemos la distributividad de la ley de $M \otimes \oplus_i N_i = \oplus_i (M \otimes N_i)$. De hecho constituyen un $2$-ring (ver mi artículo con A. Chirvasitu), o más simplemente (decategorified) el isomorfismo clases de finitely módulos generados constituyen un semiring (en realidad esta idea conduce a la K-teoría de la $K_0(R)$). En cierto sentido, se puede calcular con módulos como si fueran números. El número natural $n$ corresponde a la libre módulo de $R^n$. Muchos isomorphisms entre los módulos decategorify a la combinatoria de las pruebas, por ejemplo, $\Lambda^n(X \oplus Y) = \bigoplus_{p+q=n} \Lambda^p(X) \otimes \Lambda^q(Y)$ decategorifies a la Vandermonde identidad $\binom{x+y}{n} = \sum_{p+q=n} \binom{x}{p} \cdot \binom{y}{q}$. Además, en el álgebra conmutativa, es importante darse cuenta de que $R$-los módulos son de hecho cuasi coherente módulos en $\mathrm{Spec}(R)$, y por lo tanto pueden ser tratados como paquetes. En particular, la fibra $M \otimes_R \mathrm{Quot}(R/\mathfrak{p})$ sirve como una primera aproximación para $M$ en algunos de los mejores ideales $\mathfrak{p}$. Después de que uno puede seguir con la engrosamientos $M \otimes_R R/\mathfrak{p}^n$, con la formal fibra $M \otimes_R \hat{R_{\mathfrak{p}}}$, con el tallo $M \otimes_R R_{\mathfrak{p}}$ y finalmente con las localizaciones $M \otimes_R R_f$$f \notin \mathfrak{p}$, que captura exactamente el local comportamiento de $M$$\mathfrak{p}$.

Como diferenciales de los módulos en contraste con los módulos, sólo tenemos que añadir otra dimensión a la cual está dada por la calificación. Para muchas consideraciones básicas, graduado módulo puede ser visualizado como una larga línea de puntos que representan los componentes homogéneos. Un homomorphism entre gradual de los módulos de grado $0$ es una larga escalera. Para el grado $n$ tienes que doblar los peldaños.

Como para las poleas, a menudo me imagino como dos dimensiones de objetos, donde una dimensión está dada por la subconjuntos abiertos y el otro está dada por las secciones de estos subconjuntos abiertos. Esto también ayuda a entender y recordar algunos conceptos básicos de la noción de teoría de la gavilla, como surjective homomorphisms y flácido las poleas. Otra buena visualización de las poleas está dada por su equivalente definición como étale espacios. De hecho, desde este punto de vista, los conceptos de las secciones, los gérmenes y los tallos de hacer el agrícola analogía perfecta.

En general, una de las principales ideas de la geometría algebraica es el estudio de objetos geométricos por el álgebra, pero también viceversa: Algebraica de los objetos pueden ser comprendidos por medio de la geometría. Por supuesto, hay un montón de otras áreas de las matemáticas siguiendo estas líneas, por ejemplo la geometría no conmutativa y geométricas teoría de grupos.

Yo también podría agregar imágenes mentales para todas estas nociones categóricas (colimits generalizado suprema, natural de transformaciones como homtopies, adjunto functors como homotopy equivalencias, monoidal categorías como categorified anillos, etc.), pero esta respuesta es lo suficientemente largo.

25voto

riza Puntos 170

Me gusta pensar en un montón de construcciones de como jugar a fingir. Voy a ir sobre los enteros modulo $n$, por ejemplo. Supongamos que empezamos a construir la naturals $0,1,2,\cdots$ y sus inversos aditivos, a continuación, dejamos la multiplicación - pero en nuestro resultante teoría que nunca especifique cuando los dos números son no iguales. Entonces no podemos obtener ningún tipo de contradicción de, digamos, $0=n$ (tenga en cuenta que una contradicción es de la forma $P\wedge\neg P$ para algunos la proposición $P$). Si añadimos a esto como un axioma, y dejarnos a "fingir" que $0$ $n$ son los mismos, entonces la media aritmética acabamos de describir es en el hecho de que de los enteros mod $n$. Línea de base: si se puede pretender que hay una estructura algebraica con tales y tales propiedades, y todo lo que es consistente, entonces allí no existe dicha estructura.

La filosofía de "jugar a pretender" puede no ser exactamente mental de la imagen per se, sino que es un estado de la mente que nos permite operar con varios tipos de pesado algebraica de la maquinaria de una forma fácil e intuitiva, de manera que yo creo que es importante saber en el contexto del álgebra abstracta. También, tal vez una serie / modelo teórico / lgica podría formalizar el concepto de "fingir" - es decir, la "teoría" de una estructura algebraica es una colección de algunos tipos de descripciones que se pueden hacer acerca de ello, y luego de "fingir" las relaciones son verdaderas equivale adyacentes a las propuestas de la teoría subyacente, como axiomas. Mi familiaridad es demasiado débil para hacer pronunciamientos sobre este.

La generalización de esto es pensar de cocientes como pretender relaciones son verdaderas. Formalmente, estamos creando una relación de equivalencia conservados por el ambiente de operaciones algebraicas que se obtiene mediante la formación de la colección de todas las "ecuaciones" que se obtiene mediante la realización de álgebra en un conjunto fijo de las relaciones. Por ejemplo, el abelianization $G^{\rm ab}:=G/[G,G]$ es obtenido por contigua conmutatividad de las relaciones de $ab=ba$ (para cada par $a,b\in G$) a la teoría del grupo de $G$ (la misma idea de un anillo de $R$). En este sentido, cada grupo $G$ es el cociente de la libre grupo cuyo alfabeto es el conjunto subyacente de $G$ por la recaudación de las relaciones codificados en la tabla de multiplicación para $G$.

Como un simple y divertido ejemplo, en mi álgebra abstracta de la clase que una vez estaban tratando de encontrar un ejemplo de un anillo de $R$ para que el polinomio anillo de $R[x]$ contenía un idempotente no constante (ya habíamos visto que el $\deg (f\cdot g)=\deg f+\deg g$ necesario para ser modificado a $\le$ cuando el anillo de la base contenida divisores de cero). El caso más simple sería la de considerar lineal de los polinomios, es decir, $(ax+b)^2=ax+b$ que reorganiza a $a^2x^2+(2ab-a)x+(b^2-b)=0$, por lo que simplemente puede hacer $a,b$ variables formales y establecer$R={\bf Z}[a,b]/(a^2,2ab-a,b^2-b)$, de modo que $ax+b$ es idempotente en $R[x]$.

No es necesario decir que, más cosas de las que estamos pretendiendo son verdaderas acerca de una estructura, el más moderado y se encogió de esta estructura debe terminar siendo. A veces creamos un objeto trivial en el proceso. Otra forma de decir esto es, en una expresión algebraica de la estructura de varias cosas pueden ser distintas, pero una vez que pretendemos dos cosas son iguales que los que no tuvo en cuenta la igualdad de antes, un efecto dominó en el que un montón de cosas, de repente, se vuelven iguales.

La noción de libertad en este contexto es sólo fingiendo tanto como sea estrictamente necesario. Si usted tiene un conjunto $X$, y el deseo de formar el grupo libre de ella, que al menos tiene que asumir que usted puede multiplicar e invertir los elementos de $X$, y que el grupo resultante tiene algún elemento de identidad, pero más allá de esto nada más debe asumirse, por lo tanto, si usted asume cualquier otra de las relaciones que terminan con un cociente de la libre grupo.

Del mismo modo para crear el producto libre de $A*B$, en el mínimo necesario para mantener las tablas de multiplicar para$A$$B$, y la necesidad de multiplicar los elementos de $A$ frente a los de $B$, pero más allá de esto nada más debe ser asumido. Pretender $A$ $B$ conmutar el uno contra el otro de los rendimientos de la suma directa como cociente del producto libre de: $A\oplus B\cong (A*B)/[A,B]$ (donde vemos a $A$ $B$ como subgrupos de el producto libre). El semidrect producto $N\rtimes H$ puede estar formado por quotienting el producto libre $N*H$ por las relaciones $hnh^{-1}=h(n)$ todos los $n\in N,h\in H$, es decir que "fingir" que la conjugación por $H$ es lo mismo que la aplicación de automorfismos.

En esta interpretación, si $A$ $B$ son cocientes de libre grupos de $A=FX/R$ $B=FY/S$ (donde $X,Y$ son disjuntas y $R,S$ son las relaciones, o más directamente de grupo-en teoría, los subgrupos generados por las palabras que considera igual a la identidad a través de las relaciones que nos quieran imponer), entonces el producto libre es fácil de entender para ser $FX/R*FY/S\cong F(X\sqcup Y)/\langle R\cup S\rangle$.

A menudo álgebras de lie $\frak g$ son considerados como subalgebras de un endomorfismo de álgebra con el estándar de soporte de colector como la mentira de soporte. Esto permite que tanto el álgebra de tipo multiplicación y la mentira de soporte de la operación en la estructura. Sin embargo, tan abstracto grupos no necesitan ser pensado como simetrías o funciones, no necesitamos pensar de $\frak g$ directamente como cualquier tipo de operación de multiplicación (y por lo tanto no hay colector soporte), sólo el resumen de la mentira de soporte de $[\cdot,\cdot]$ satisfactorio el dado de axiomas. Para crear el universal que envuelve álgebra $U({\frak g})$ del total de tensor de álgebra $T({\frak g})\cong\bigoplus_{n\ge0}{\frak g}^{\otimes n}$ podemos pretender que podemos multiplicar los elementos de $\frak g$ juntos - le tema a la propiedad distributiva $a(b+c)=ab+ac$ - y, a continuación, en la parte superior de este se pretende que el resumen de la mentira de soporte es de hecho el colector, es decir, el cociente por las relaciones $[a,b]=ab-ba$ todos los $a,b\in T$.

Si $H\le G$ es un subgrupo y $V$ es una representación de $H$ (básicamente un $K[H]$-módulo), a continuación, crear un $G$-representante de la presente nos permitimos a fingir que no hay acciones de $G$$V$, sujeto al subgrupo $H$ actuando en el entendido ya. Esto indujo a la representación por lo tanto, está formada por "la ampliación de los escalares" de $V$$K[H]$$K[G]$: este es el isomorfismo ${\rm Ind}_H^GV\cong K[G]\otimes_{K[H]}V$. De manera más general, tensoring contra un anillo de extensión nos permite formar un módulo (o álgebra), pretendiendo tenemos más escalares de multiplicar de los que teníamos antes. Para aplicaciones más útiles del producto tensor, ver las respuestas dadas a las preguntas aquí y aquí.

En los enlaces es también explicó que la diferencia entre el tensor del producto y de la suma directa puede ser entendido cuántico-mecánico, en el que vemos a los espacios vectoriales como sea posible formal de las combinaciones lineales de los vectores de la base - es decir, superposiciones de estados puros de un sistema físico, y la esencia de la superposición en QM (informalmente - esta es mi opinión) es pretender que un sistema puede ser en una mezcla clásica de los estados, así que me gustaría clasificar esta bajo la misma bandera.

Otros elementos que quiero mencionar en este tema son la fracción de campos y representaciones virtuales (dos ejemplos de un Grothendieck-tipo de construcción que, en cierto sentido, nos permite "completar" un "incompleto", algebraico de estructura). Mientras que los cocientes contrato de estructuras en los más pequeños, y la extensión de escalares tira escalares de alguna otra parte ya tenemos en la mano, la fracción de campo crea fracciones de la estructura existente. Es decir, dada una integral de dominio $R$, formamos pretender fracciones $a/b$ $a,b\in R$ y, a continuación, sujeto a las reglas obvias por ejemplo,$a/b+c/d=(ad+bc)/(cd)$.

Las representaciones de un grupo dado, $G$ sobre un campo $K$ se pueden combinar a través de ya sea directa sumas o tensor de productos, y estos todavía satisfacer la distributividad $(A\oplus B)\otimes C\cong(A\otimes C)\oplus(B\otimes C)$; de esta manera las representaciones de formar un semiring (con la representación trivial como el multiplicativo uno) en el que podemos sumar y multiplicar, pero no tenemos ninguna noción de sustracción que es necesario contar con la buena fe de un anillo. Así que, simplemente, nos podemos pretender restar, y tenemos la representación (aka Verde) anillo de ${\rm Rep}(G)$ (podemos tensor para obtener grandes conjuntos de escalares); los elementos de la resultante de anillo se llaman representaciones virtuales.

De la misma manera, $G$-sets (conjuntos equipado con $G$-acciones) puede multiplicarse a través de los productos Cartesianos y agregado a través de la desunión de la unión, y cuando decimos que podemos restar cosas que obtener el llamado anillo de Burnside (que puede considerarse como un sub-anillo de la representación anillo a través del proceso de alinear $G$-conjuntos en espacios de los que se $G$-reps).

Probablemente más cosas puede ser pensado como fingir-nuevo-cosas-son-verdad-sobre-un-existente-objeto, como dicen directa límites o fibred co-productos, etc. pero esto es lo que viene a la mente.

11voto

Shinwari Puntos 11

Deje $G=\langle X; \mathbf{r}\rangle$ ser un grupo dado en términos de generadores y relatores. A menudo es útil para ver lo que una palabra que representa el elemento de identidad del grupo.

Escribir cada relator en un círculo. Estos son nuestros azulejos.

Deje $W$ ser una palabra sobre $X$ y escribir $W$ en alrededor de un círculo. A continuación, $W$ es igual a la palabra trivial si y sólo si $W$ puede ser "mosaico", que los relatores (en este sentido, como cíclico turnos (y, de hecho, todos conjugados) de $W$ también son iguales a la identidad).

Esta es una herramienta muy poderosa, y una elegante manera de visualizar tus grupos. Estos son los llamados van Kampen Diagramas, o simplemente Diagramas. También hay un doble concepto, llamado Fotos.

Una excelente referencia a que este es el final de el libro "Combinatoria, teoría de grupos" por Lyndon y Schupp (el capítulo sobre la pequeña cancelación de la teoría). Otro excelente, pero más moderno, referencia de las notas de la conferencia de Hamish Corto, Diagramas y grupos (pero no estoy muy familiarizado con estos).

Por ejemplo, mire la presentación del grupo $\langle a, b; [a, b]\rangle$. A continuación, un diagrama es válido (de Wikipedia),

A sample diagram

La fijación de un vértice sobre el límite y la lectura de las agujas del reloj alrededor de la frontera, a continuación, la palabra que se obtiene es necesariamente igual en el grupo para el trivial de la palabra.

Ahora, si estas baldosas tienen una estructura determinada (por ejemplo, un pequeño cancelación de la estructura), a continuación, llegar a una solución a la palabra problema y la conjugacy problema (y a veces incluso el isomorfismo problema, pero que es muy reciente resultado y se reduce a hiperbólico grupos). Por ejemplo, si no hay manera de encajar menos de cuatro azulejos de alrededor de baldosas (esto se llama la $C(4)$ condición), y cuando mosaico de todos (interno) el vértice es adyacente a al menos cuatro fichas (esto se llama la $T(4)$ condición) entonces la palabra y conjugacy problemas son solubles. También existe la $C^{\prime}(1/\lambda)$ condición, que es el más útil de todos, que dice más o menos (mal! pero estoy corriendo fuera de tiempo...) que si el ajuste de algunos de los azulejos alrededor de cualquier azulejo luego de que no se toquen con menos de $1/\lambda$ si sus respectivas longitudes.

Bueno, por lo que es de los dos-dimonsional versión. Usted está mosaico de la superficie de un disco. Lo que si se mosaico de una esfera? Bueno, esto viene a ser el segundo grupo de homología de su presentación, y está relacionado con la falta de esfericidad. Hay un capítulo en un libro acerca de esto por Steve Orgullo y Bill Bogely, y el Orgullo había algunos "más inteligente" cosas acerca de esto antes, según Martin Bridson. También, Baumslag, Bridson, Miller y Corto utiliza el Bogely-el Orgullo de la teoría a probar algunas cosas bastante sorprendentes acerca de los productos de fibra en su papel de "productos de Fibra, no-curvatura positiva, y los problemas de decisión" (aunque en realidad no uso los diagramas en su papel (o, al menos, yo no los recuerdo hacerlo, y moviéndose a través de ella veo que no hay imágenes de los diagramas)).

Marca de Sapir es un prolífico escritor de este material. Él tiene un trabajo reciente que los utiliza. También busque su palabra con Victor Guba en el Diagrama de Grupos. Estos son los grupos que son las simetrías de los diagramas. Thompson grupo $F$ es uno, por lo que estos son importantes!

8voto

Al C Puntos 1194

Son puzzles y juegos para mí. Puede sonar ridículo pensar acerca de los dominios de Dedekind como rompecabezas, pero que siempre la manera en la que he pensado acerca de álgebra.

Usando las reglas del juego, mover las piezas y demostrar la prueba. Teoría de grupo tiene reglas relativamente simples y sólo uno mover, $+$, pero como se puede salir de las manos de forma relativamente rápida. En primer lugar, el juego se pone mejor, ya que las reglas se ponen más difíciles: ahora vamos a decir $a+b \neq b+a$. Vaya! Anillo de la teoría, se añade otra moverse $\times$, que los cambios de jugabilidad bastante. La teoría de campo tiene la mayoría de las reglas, que de alguna manera se parece a hacer el juego más fácil, aunque siempre se puede hacer que el objetivo más difícil hasta que se fuera de su alcance.

Como las reglas y obtener más complicado, diferentes tipos de piezas de la carpintería. En primer lugar están los sospechosos de siempre: Abelian y no Abelian grupos, conmutativa y no conmutativa anillos, algebraicas número de campos, etc. Finalmente, hay extraño piezas en el tablero como en los ideales, la única factorización de dominios, el principio ideal de dominios y así sucesivamente. No todas las reglas se aplican a todas las piezas, y a veces es difícil mantener a todos ellos en línea recta. Usted sólo puede castillo si no hay nada entre la torre y el rey, que no se han movido, y el rey no está en jaque, ¿verdad?

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