一、代数的分类:
算术:算术是数学中最古老、最基础和最初等的部分,算术研究数的性质及其运算,把数和数的性质、数和数之间的四则运算在应用过程中的经验累积起来,并加以整理,就形成了最古老的一门数学:算术。算术运算不仅仅指加减乘除,还可以是百分比、平方根、取幂和对数;算法的对象包括自然数、整数、有理数和实数、复数;进制不仅仅是十进制,还可以是二进制、十六进制、六十进制。算术的最大特点是关注具体数字。
初等代数:初等代数是古老算术的推广与发展,在古代,算术积累了大量数量问题的解法,为寻求更系统、更普遍的求解各种数量关系方法,就产生了以解方程为中心的初等代数。从实际问题的数量关系(即代数式:整式、分式、根式)、等量关系(或者不等式)列出方程或者方程组,方程(组)包括一元/二元一次方程、一元二次方程、指数和对数方程、无理方程、线性方程组等。
高等代数:相对于初等代数而言,本质上是一个东西,只是更加系统(深度+广度),初等代数从最简单的一元一次方程开始,初等代数课本一方面进而讨论二元及三元的一次方程组,另一方面研究二次以上及可以转化为二次的方程组。沿着这两个方向继续发展,代数在讨论任意多个未知数的一次方程组,也叫线性方程组的同时还研究次数更高的一元方程组。发展到这个阶段,就叫做高等代数。高等代数是代数学发展到高级阶段的总称,它包括许多分支。现在大学里开设的高等代数,一般包括两部分:线性代数、多项式代数。
抽象代数:抽象代数、近世代数、现代代数指的都是同一个意思(甚至直接称为代数学),抽象代数主要研究对象是代数结构(集合+操作),包括群、环、域、向量空间。
线性代数:线性代数是抽象代数特殊的一类,其代数结构为:向量空间(也叫线性空间) + 线性变换。很容易将线性代数和矩阵理论等同起来,但其实是不一样的,讨论线性变换是基于选定一组基的前提下。
二、抽象代数基本概念
①抽象代数将初等代数的一些概念延伸:
(1)数→集合:集合在朴素集合论和公理化集合论的定义是不一样的,前者指由一些元素组成;后者指具有某种特定性质事物的总体。
(2)+、×→二元运算:+、×被抽象为二元运算*,对两个元素作二元运算,得到的新元素仍然属于该集合,这叫封闭性。
(3)0、1→单位元:0和1被抽象成单位元,0为加法单位元,1为乘法单位元。单位元是集合的一个特殊元素(跟二元运算有关),满足单位元与其他元素相结合时,不改变该元素,即满足a∗e=a与e∗a=a。可见,单位元取决于元素与二元运算,如矩阵的加法单位元是零矩阵,矩阵的乘法单位元是单位矩阵。值得注意的是,有些集合不存在单位元,如正整数集合没有加法单位元。
(4)负数、倒数→逆元素:负数、倒数推广到逆元素,对于加法,a的逆元素是-a;对于乘法,a的逆元素是倒数a−1。直观地说,逆元可以撤销操作,如加了一个数a,再加上该数的逆元-a(相当于撤消操作),结果还是一样。
(5)结合律:结合律是某些二元运算的性质,有些二元运算没有结合律(如减法)。
(6)交换律:交换二元运算符两边的元素不影响结果,并不是所有二次元运算都满足交换律(如矩阵的乘法)。
②代数结构(R, *)
二元运算根据封闭性、单位元、逆元、结合律、交换律,可以归纳成不同的群:
图1在交换群基础上,进一步限制条件有环、交换环、域间的关系如下:
图2整环:在交换环的基础上,并满足没有零因子(集合内任意两个元素乘积均不等于0)。
向量空间:略。
模:在抽象代数中,在环上的模的概念是对向量空间概念的推广,这里不再要求标量位于域中,转而标量可以位于任意环中。
格:是任意两个元素都有上确界和下确界的偏序集合。
偏序集合:设R是非空集合A上的一个二元关系,若R满足自反性、反对称性、传递性,则称R为A上的偏序关系。
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