數學及其歷史讀書摘要 201305

2021-10-03 05:29:12 字數 2517 閱讀 6236

chap7解析幾何

7.3代數曲線

在這段話中,笛卡爾定義了我們現在所謂的代數曲線。

笛卡爾拒絕超越方程是短視之舉,因微積分很快就提供了研究它們的級數;但無論如何,集中關注代數曲線是有益的。特別地,次數的概念有利於反應曲線的複雜性。一次曲線可能是最簡單的,即直線;二次曲線次簡單,它們是圓錐曲線。在三次曲線的情形,我們看到了新的現象:拐折、二重點和尖點。眾所周知,拐點和尖點分別出現在y=x^3和y^2=x^3中;我們在蔓葉線上也看到了尖點(2.5節)。有二重點的三次曲線的經典例子是笛卡爾的葉形線(folium,1638):x^3+y^3=3axy。「葉」是二重點右邊的閉合部分;笛卡爾忽略負座標,因而並不了解曲線的其餘部分。葉形線的真實形狀首先由惠更斯給出(1692)。圖7.1是惠更斯畫的,畫中還顯示了該曲線的漸近線。

chap11數論的復興

11.2費馬小定理

真正由費馬證明的最著名的定理就是眾所周知的他的「小」定理——之所以如此稱呼這個定理,是為了把它和費馬「最後」定理,或費馬「大」定理(見下節)區分開來。費馬小定理敘述如下:

如p是素數,n與p互素,則n^(p-1)≡1(mod p)。

為避免使用費馬時代尚不知道的「同餘mod p」這種語言,這個結論可等價表述為n^(p-1)-1被p整除或n^p-n被p整除。後者成立是因為n^p-n=n(n^(p-1)-1),那麼,由於p是素數,又不能整除n,所以僅當p能整除n^(p-1)-1時才有p整除n^p-n。

費馬小定理現在已成為應用數學的某些領域,諸如密碼學中不可或缺的東西。發人深思的是,這個定理起源於數學中最少應用性的問題,即構造完全數問題。正如我們在3.2節見到的,它依賴於形如2^m-1的素數的構造。這是最初使費馬對2^m-1是否有因子的條件感興趣的緣由。在同一時期(17世紀30年代中期),他研究了二項式係數。這兩種興趣的綜合很可能導致他發現了n=2時的小定理。

至此,我們還只證明了n=2時的費馬小定理。韋伊(1984)據此提出了證明一般的費馬小定理的兩種途徑。一種是重複使用二項式定理,這是屬於尤拉的第乙個發表的費馬定理的證明(1736);另一種是直接應用多項式定理,這實際上是人們最早知道的證明方法,它見於17世紀60年代晚期萊布尼茨未發表的一篇文章中[參見韋伊(1984),56頁]。

11.5虧格為0的三次曲線上的有理點

例如,在1.3節中,在圓x^2+y^2=1上的作圖給出了它的引數化

x=(1-t^2)/(1+t^2),y=2t/(1+t^2)(圖11.2)。

虧格為0的曲線可以定義為容許用有理函式實現引數化的曲線。我現在要證明:一些三次曲線的虧格也為0,辦法是應用與笛卡爾的葉形線很相似的作圖。

葉形線在7.3節定義為其方程是x^3+y^3=3axy----(1)的曲線。原點o是葉形線上明顯的有理點;從圖11.3可進一步清楚地看出o是該曲線的二重點。

圖11.3葉形線的引數化

x=3at/(1+t^3),及y=3at^2/(1+t^3)。

類似的作圖可用於任乙個有二重點的三次曲線上,或者更一般地用到有n重點的n+1次曲線上,因此所有這些曲線的虧格皆為0。

11.6虧格為1的三次曲線上的有理點

我們還不能給出虧格1的精確定義,但虧格為1的情況太多了,所有虧格不為0的三次曲線都具有虧格1。從11.5節我們知道虧格為1的三次曲線不能有二重點,實際上它也不能有尖點,因為這兩種情況都會匯出有理引數化(尖點的一種情形,見習題7.4.1)。我們要講的是可以將虧格為1的三次曲線引數化的函式。這樣的函式就是橢圓函式——它們到19世紀才被定義,克萊布施(a.clebsch)(1864)首次將它們應用於三次曲線的引數化。

chap19群論

19.1群的概念

這些公理是從研究特殊的群開始經過乙個多世紀的發展才成型的,其間它們的基本面貌逐漸地浮現了出來。

也許最早使用逆元的非平凡例子出現在「模p乘法」的運算中——尤拉(1758)(他之前可能還有費馬)用它給出了費馬小定理的、本質上屬於群論的證明。尤拉在他的證明中並未定義乙個群,但對我們來說要做到這一點很容易(重述尤拉的證明見習題)。該群的元素是mod p的非零剩餘類:

1modp=,

2modp=,

3modp=,

……(p-1)modp=,

此時的乘法定義為

(amodp)(bmodp)=(ab)modp。

前面的例子說明了幾何與數論對群概念的影響。更具決定性的影響來自方程論,下節我們會簡要地談到它。

19.2置換與方程論

我們從11.1節知道,早在2023年萊維·本·熱爾松就發現了n件東西有n!種置換方式。這些置換都是可逆函式,它們構成乙個群s_n[n次對稱群],其中乘法是合成。然而,它們在合成下的性態在18世紀以前從未被考慮過。直到範德蒙德(1771)和拉格朗日(1771)將置換的思想應用到多項式方程的根上,才首次發現了置換的群論性質。同時,範德蒙德和拉格朗日還發現,這是理解方程有無根式解的關鍵。

19.3置換群

伽羅瓦理解的「群」就是有限集合的置換群。

從歷史上看,幾何是無限群最重要的**,我們將在19.5節中闡述它。

19.4多面體群

十二面體和二十面體之間的對偶關係表明了它們具有相同的對稱群,原來這個群就是a_5[5次交錯群],即s_5中偶置換的子群。

19.5群和幾何

19.6組合群論

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