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数学基础

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范畴论

数学抽象

数学发展的一种最新趋势是抽象的渐进过程。挪威数学家尼尔斯·亨里克·阿贝尔(Niels Henrik Abel,1802–29年)证明,通常无法用根数求解五阶方程。法国数学家ÉvaristeGalois(1811–32)在某种程度上受到亚伯(Abel)工作的推动,引入了某些排列组合来确定可求解多项式方程式的必要条件。这些具体的群体很快就产生了抽象的群体,这些群体在公理上进行了描述。然后,人们意识到要研究小组,就必须研究不同小组之间的关系,尤其是同态性,这种同构性将一个小组映射到另一个小组,同时保留小组的运作。因此,人们开始研究现在称为组的具体类别,这些组的对象是组,箭头是同态。不久后,具体类别被抽象类别所取代,再次由公理式描述。

在第二次世界大战结束时,塞缪尔·艾伦伯格(Samuel Eilenberg)和桑德斯·麦克·兰(Saunders Mac Lane)提出了类别的重要概念。这些现代类别必须与亚里士多德的类别区分开,亚里士多德的类别在当前情况下更好地称为类型。类别不仅在对象之间具有对象,而且还具有箭头(也称为形态,变换或映射)。

许多类别的对象集都有一些结构和箭头,这些结构和箭头保留了此结构。因此,存在集合(具有空结构)和映射,组和群同态,环和环同态,向量空间和线性变换,拓扑空间和连续映射等类别。在更抽象的层次上,甚至存在(小)类别和函子的类别,这是因为类别之间的态射被调用,从而保留了对象和箭头之间的关系。

并非所有类别都能以这种具体方式查看。例如,演绎系统的公式可以看作是类别的对象,其箭头f:A→B是从A推导B的事实。实际上,这种观点在理论计算机科学中很重要,在该理论中,公式被认为是作为类型,作为操作扣除。

更正式地说,类别包括(1)对象A,B,C,…的集合。。。,(2)对于集合中的每个有序对象对,包括I A:A→A 等式的转换相关集合,以及(3)对于类别中每个有序三元组对象的相关组成定律,使得f:A→B和g:B→C组成gf(或g○f)是从A到C的变换,即gf:A→C。此外,还需要保持关联律和恒等式该组合物所定义的) -即,H(GF)=(HG)f和1个 F =为f = f1

从某种意义上说,抽象类别的对象没有窗口,就像莱布尼兹的单子一样。要推断对象A的内部,只需查看从其他对象到A的所有箭头。例如,在集合的类别中,集合A的元素可以用从典型的单元素集合到A的箭头表示。类似地,在小类别的类别中,如果1是具有一个对象且没有非同一性箭头的类别则可以使用函子1A来标识类别A的对象。此外,如果2是具有两个对象和一个非同一性箭头的类别,则可以用函子2A来标识A的箭头。

同构结构

箭头f:A→B被称为一个同构,如果有一个箭头g:B→A逆到f -即,使得克○F = 1 和f○G = 1个。这称为A≅B,并且A和B称为同构,这意味着它们具有基本相同的结构,无需区分它们。由于数学实体是类别的对象,因此它们仅具有同构性。他们的传统集合理论结构除了起到显示一致性的有用目的外,实际上是无关紧要的。

例如,在整数环的通常构造中,整数定义为自然数对(m,n)对的等价类,其中(m,n)等于(m',n'),如果且仅当m + n'= m'+ n时。这个想法是(m,n)的等价类被视为m − n。但是,对于分类学家而言重要的是,整数环is是环和同态类别中的初始对象-也就是说,每个环ℝ都有唯一的同构ℤ→ℝ。从这种方式看,ℤ仅被赋予同构。本着同样的精神,应该说不是not包含在有理数域but中,而只是说同态ℤ→ℚ是一对一的。同样,如果将π和√-1的平方根的集合理论交集都表示为集合的集合(无穷大),也没有道理。

在基金会和其他地方特别感兴趣的是伴随函子(F,G)。这是两个类别?和between之间的对函子,它们对的方向相反,因此in中的箭头F(A)→B与箭头A→G(B)之间存在一对一的对应关系。 )中的-表示集合是同构的。