5.抽象代數

哈密頓(Hamilton, W. R. )在 1843 年發明了一種使乘法交換律不成立的代數——四元數代數。1843年10月16日,他和妻子沿著皇家運河散步時,突然一個念頭像閃電般出現,即,這麼樣處理四元數a+bi+cj+dk中i、j、k三者的乘積:

i2=j2=k2=ijk=-1

他是那麼的興奮,於是用小刀在布爾罕橋上的石頭刻上最初出現的公式。四元數在數學史上的重要性在於:把代數學從束縛於實數算術的傳統中解放出來。

韋伯第二年,格拉斯曼推演出更有一般性的幾類代數。1857年,凱雷設計出另一種不可交換的代數——矩陣代數。他們的研究打開了抽象代數(也叫近世代數)的大門。實際上,減弱或刪去普通代數的某些假定,或將某些假定代之以別的假定(與其餘假定是相容的),就能研究出許多種代數體係。

1870 年,克隆尼克給出了有限阿貝爾群的抽象定義;狄德金開始使用“體”的說法,並研究了代數體;1893年,韋伯定義了抽象的體;1910年,施坦尼茨展開了體的一般抽象理論;狄德金和克隆尼克創立了環論;1910年,施坦尼茨總結了包括群、代數、域等在內的代數體係的研究,開創了抽象代數學。

1926年,諾特完成了理想(數)理論;1930年,畢爾霍夫建立格論,它源於1847年的布爾代數;第二次世界大戰後,出現了各種代數係統的理論和布爾巴基學派;1955 年,嘉當、格洛辛狄克和愛倫伯克建立了同調代數理論。

到現在為止,數學家們已經研究過200多種這樣的代數結構,其中最主要的若當代數和李代數是不服從結合律的代數的例子。這些工作的絕大部分屬於20世紀,它們使一般化和抽象化的思想在現代數學中得到了充分的反映。

抽象代數是研究各種抽象的公理化代數係統的數學學科。典型的代數係統有群、環、域等,它們主要起源於19世紀的群論,包含有群論、環論、伽羅華理論、格論、線性代數等許多分支,並與數學其他分支相結合產生了代數幾何、代數數論、代數拓撲、拓撲群等新的數學學科。抽象代數已經成了當代大部分數學的通用語言。

現在,可以籠統地把代數學解釋為關於字母計算的學說,但字母的含義是在不斷地拓廣的。在初等代數中,字母表示數;而在高等代數和抽象代數中,字母則表示向量(或n元有序數組)、矩陣、張量、旋量、超複數等各種形式的量。可以說,代數已經發展成為一門關於形式運算的一般學說了。

幾何學範疇

1.初等幾何

在希臘語中,“幾何學”是由“地”與“測量”合並而來的,本來有測量土地的含義,意譯就是“測地術”。“幾何學”這個名詞,係我國明代數學家根據讀音譯出的,沿用至今。

現在的初等幾何主要是指歐幾裏得幾何,它是討論圖形(點、線、麵、角、圓等)在運動下的不變性質的科學。例如,歐氏幾何中的兩點之間的距離,兩條直線相交的交角大小,半徑是r的某一圓的麵積等都是一些運動不變量。

初等幾何作為一門課程來講,安排在初等代數之後;然而在曆史上,幾何學的發展曾優先於代數學,它主要被認為是古希臘人的貢獻。

幾何學舍棄了物質所有的其他性質,隻保留了空間形式和關係作為自己研究的對象,因此它是抽象的。這種抽象決定了幾何的思維方法,就是必須用推理的方法,從一些結論導出另一些新結論。定理是用演繹的方式來證明的,這種論證幾何學的代表作,便是公元前三世紀的,它從定義與公理出發,演繹出各種幾何定理。

現在中學《平麵三角》中關於三角函數的理論是15世紀才發展完善起來的,但是它的一些最基本的概念,卻早在古代研究直角三角形時便已形成。因此,可把三角學劃在初等幾何這一標題下。

古代埃及、巴比倫、中國、希臘都研究過有關球麵三角的知識。公元前2世紀,希帕恰斯製作了弦表,可以說是三角的創始人。後來印度人製作了正弦表;阿拉伯的阿爾·巴塔尼用計算 sinθ值的方法來解方程,他還與阿布爾·沃法共同導出了正切、餘切、正割、餘割的概念;賴蒂庫斯作了較精確的正弦表,並把三角函數與圓弧聯係起來。