本文来自我在讨论班上的一个两小时左右的报告,目的是介绍中心单代数的三个基本结论:
- 中心单代数对张量积运算是封闭的。
- Noether-Skolem 定理。
- 双重中心化子定理。
这部分内容比较经典,在很多教材上都有,但是采用的讲述方式却很不一样,找到一个完全符合自己口味的讲解不是件容易的事情。尤其是对初学者而言,有些名气很大的教材反而不见得适合。我当初念 Jacobson (1980) 就念的很抓狂。后来我查阅了不少教材后经过提炼整理得到了本文。我个人认为这是最直接清楚的证明方式。
Hurwitz 平方和定理是有限群表示论的一个精彩应用,本文是若干年前读书时的笔记。
Jordan 标准形定理是线性代数中的基本定理,专门为它写一篇长文好像有点多余:这方面的教材讲义实在是太多了!一个陈旧的定理还能写出什么新意来呢?
理由有两个。第一个原因是我曾经在做助教给学生讲这个定理的时候,突然发现不知道该怎么启发他们为好。虽然我知道 Jordan 标准形定理的很多种证法,照念几个不在话下,但是感觉有点疙疙瘩瘩的:怎么才能说清定理背后的想法,让学生觉得定理的成立是顺理成章的呢?于是我知道我对这个定理的理解还有模糊的地方。
第二个原因是 Jordan 块有一个重要的代数性质是通常教材中不讲的,而这个性质是代数学中一类重要而常见的性质的雏形,这就是不可分解性。与之对应的是可对角化的线性变换的完全可约性。从一开始就让学生接触这些现象是有好处的。
在数学里面经常可以提出这样一些问题:它们叙述起来很简单,答案看起来也很显然,但是要仔细证明却非常困难。即使是线性代数这样的「入门课」中也不缺少这样的问题:
问题: 记域 \(\mathbb{F}\) 上的全体 \(n\) 阶矩阵构成的向量空间为 \({\rm Mat}_n(\mathbb{F})\),\(M\) 是 \({\rm Mat}_n(\mathbb{F})\) 的子空间。
- 如果 \(M\) 中所有矩阵关于矩阵乘法两两可以交换,那么 \(M\) 的维数最大是多少?
- 如果 \(M\) 中所有矩阵的秩都不超过 \(r\),这里 \(0<r<n\),那么 \(M\) 的维数最大是多少?
- 如果 \(M\) 中所有矩阵都是幂零的,那么 \(M\) 的维数最大是多少?
- 如果 \(M\) 中所有非零矩阵都是可逆矩阵,那么 \(M\) 的维数最大是多少?
下面的问题与统计物理中的 Dimer 格点模型有关:
问题: 用 \(1\times2\) 的多米诺骨牌密铺一张 \(8\times8\) 的国际象棋棋盘,有多少种不同的方法?
下图是其中一种:
答案是 12988816,非常大的一个数字,显然不可能是逐个枚举数出来的。1961 年德国物理学家 Kasteleyn 借助线性代数的工具首先解决了这个问题,本文就来介绍他的方法。
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