內容簡介
《高等代數輔導與習題解答(北大 第4版)》是與北京大學數學係前代數小組編寫的《高等代數》(第四版)配套的學習輔導書,是由原書作者親自編寫的。《高等代數輔導與習題解答(北大 第4版)》與教材的編排順序一緻,分為十章。每章中有內容提要、學習指導、習題與補充題的提示與解答,全書最後是總習題及其解答。《高等代數輔導與習題解答(北大 第4版)》的目的是幫助讀者學好教材的內容,要求讀者切實按前言中提齣的學習步驟和要求來學習,從而提高學習效果和解題能力,而不要把《高等代數輔導與習題解答(北大 第4版)》僅作為習題解答來使用。此外,學習指導部分加入瞭一些抽象概念,如綫性相關、綫性無關、極大綫性無關組、嚮量組的秩的數學背景和來源等精彩內容,這在一般書中是少見的。
《高等代數輔導與習題解答(北大 第4版)》適閤高等學校數學類專業作為高等代數課程的參考書,也可供廣大讀者學習時參考。
內頁插圖
目錄
第一章 多項式
一、內容提要
二、學習指導
三、習題、提示與解答
四、補充題、提示與解答
第二章 行列式
一、內容提要
二、學習指導
三、習題、提示與解答
四、補充題、提示與解答
第三章 綫性方程組
一、內容提要
二、學習指導
三、習題、提示與解答
四、補充題、提示與解答
第四章 矩陣
一、內容提要
二、學習指導
三、習題、提示與解答
四、補充題、提示與解答
第五章 二次型
一、內容提要
二、學習指導
三、習題、提示與解答
四、補充題、提示與解答
第六章 綫性空間
一、內容提要
二、學習指導
三、習題、提示與解答
四、補充題、提示與解答
第七章 綫性變換
一、內容提要
二、學習指導
三、習題、提示與解答
四、補充題、提示與解答
第八章 A-矩陣
一、內容提要
二、學習指導
三、習題、提示與解答
四、補充題、提示與解答
第九章 歐幾裏得空間
一、內容提要
二、學習指導
三、習題、提示與解答
四、補充題、提示與解答
第十章 雙綫性函數與辛空間
一、內容提要
二、學習指導
三、習題、提示與解答
總習題解答
前言/序言
本書是我們編寫的《高等代數》(第四版)的配套輔導書。其宗旨是幫助讀者學習和復習原書內容,幫助讀者訓練解題思路和技巧,逐步提高解題能力,並不是代替讀者學習,更不希望讀者隻是從本書抄襲答案。
我們如何來體現這個宗旨呢?首先是體現在本書內容上。本書對原書的每一章都寫瞭內容提要、學習指導以及習題和補充題的提示與解答,最後還選編瞭一份總習題。這就是本書的各部分內容。
其次希望讀者按如下建議來學習各部分內容:
1.內容提要是一個復習綱要。讀者在學完每一章後按提要逐條復述其內容,若能整理成筆記好。
2.讀者通過學習指導要盡力理解各部分內容的數學涵義、重點、各部分的聯係等。
學習指導中還對原書內容作瞭一些補充,讓讀者從中瞭解原書中某些概念(如綫性相關、綫性變換等)、理論提齣的背景。
3.習題和補充題後不僅有答案和證明,部分題還列有提示。我們不希望讀者遇到不會的題目立即去抄解答,建議讀者自己按下列步驟一步步地獲得答案。
(1)先看題,仔細瞭解題意,弄清已知條件和要得到的結論,然後盡可能地從書中查找(當然先是迴憶,然後是查書)與題目有關的概念、結論、方法。若能從中找到從已知條件到所要結論的聯係,就能解答齣題目。
(2)如憑找到的內容還不能找齣所要的聯係,可以看提示,按它指齣的路綫尋找所要的聯係,解答齣題目。
(3)看瞭提示還做不齣,這時纔看解答,但不要抄襲解答。應完全弄懂後,自己獨立地寫齣解答。
我們提醒讀者,一定不要把會做若乾習題作為學習的目標。做題的作用是幫助讀者熟悉書上的內容,並加深、加寬學過的知識,培養運用知識的能力。
我們編寫這本輔導書,安排各部分內容,建議各項學習方法和步驟,都是為瞭體現上述作用。這就是我們的宗旨。
然後說一下總習題。它是深入的、較難的內容,要在熟悉全書內容後纔能完成。這是為瞭加寬、加深有關知識和技巧,主要是以提高為目的,不作為必學的內容。
最後說明一點。本書中常常引用一些結論,來自原書或本書。比如引用本書第三章的學習指導中的補充內容,在本書第三章中引用時可簡寫為學習指導中的補充內容而省略“第三章中”幾個字,在其他章中引用時纔全部寫齣。又如引用原書第七章§9引理時,可以省去“原書”二字,簡寫為第七章§9引理。若在本書第七章中引用則更可簡寫為§9引理。
編者
2013.4
深入淺齣:代數思維的基石與實踐 《深入淺齣:代數思維的基石與實踐》 目標讀者: 本科數學專業學生(大一、大二)、對抽象代數有濃厚興趣的自學者、希望夯實數學基礎的理工科學生。 圖書定位: 本書旨在填補傳統代數教材與實際應用、深入理解之間的鴻溝,側重於代數思想的構建、核心概念的清晰闡釋以及問題解決能力的培養,而非僅僅是對既有定理的機械羅列。它不是一本純粹的“習題解析”,而是一本“思想引導”的教材。 --- 第一部分:基礎結構的重塑與抽象的啓濛 (Chapters 1-4) 本部分聚焦於代數係統最核心的基石——群、環、域的初步構建,旨在幫助讀者建立嚴謹的數學思維框架。我們摒棄瞭過於復雜的預備知識,直接從集閤論和映射的基本性質齣發,自然地導嚮代數結構。 第一章:從對稱性到群的誕生 本章首先通過現實世界中常見的幾何變換(鏇轉、反射)和代數中的運算(模運算)引入“封閉性”、“結閤律”、“單位元”、“逆元”的直覺概念。 核心內容: 群的公理化定義,子群的判定,陪集與拉格朗日定理的直觀理解。 側重點: 不僅是證明拉格朗日定理,更重要的是探討其在計數問題中的應用,如歐拉定理的推導。通過大量的例子(如二麵體群 $D_n$、對稱群 $S_n$),展示群在描述“不變性”方麵的強大力量。 特彆單元: 引入“群作用”的概念,展示如何用群來係統地分析對象的對稱性,這是後續同態、商群理解的基礎。 第二章:同態、同構與結構保持 本章是連接具體實例與抽象結構的關鍵橋梁。我們詳細探討瞭保持代數結構的操作——同態。 核心內容: 群同態、同構的精確定義,核(Kernel)與像(Image)的性質。 側重點: 強調“同構”意味著結構上的等價性,即使元素看起來不同。重點講解第一同構定理,並通過圖示化方法輔助理解,避免純粹的符號推導。我們通過對無限群(如整數加法群 $mathbb{Z}$ 與 $2mathbb{Z}$ 的關係)的分析,鞏固同構的意義。 第三章:分解結構:正規子群與商群 本章將代數結構分解提升到瞭一個全新的高度,引入瞭“規範的分解”——正規子群。 核心內容: 正規子群的定義與等價判定,商群(因子群)的構造與運算定義。 側重點: 詳細剖析商群的構造過程,解答“為什麼需要正規子群”這一關鍵問題。通過矩陣群(如特殊綫性群)的例子,展示非正規子群無法構造齣良定義商群的後果。本章的練習著重於判斷子群是否為正規,以及對所得商群進行結構識彆。 第四章:環與域的初步探索 本章將代數運算從單一的加法/乘法擴展到兩種運算的交互體係。 核心內容: 環的定義、交換環、單位環,子環與理想(Ideals)的引入。 側重點: 將理想視為環中的“特殊子群”,是實現“模運算”的工具。重點對比加法群中的“正規子群”與環中的“理想”在概念上的對應關係。初步探討域的性質,強調除法的可行性。 --- 第二部分:深化理解與結構分類 (Chapters 5-7) 在掌握瞭基本結構後,本部分深入研究環的理論,特彆是多項式環,並引入瞭更高級的分類工具。 第五章:理想、商環與同態理論的完備 本章將第三章的結構分解理論完整地遷移到環的框架下。 核心內容: 理想的性質,商環的構造,環同態與第二、第三同構定理的應用。 側重點: 區分“主理想”、“素理想”和“極大理想”。通過實例展示素理想與不可約多項式的關係,極大理想與域構造的關係。我們將利用這些概念來證明一些基礎的數論結論,如中國剩餘定理的推廣。 第六章:多項式環的幾何直覺與代數應用 多項式環 $mathbb{F}[x]$ 是理解域擴張和代數幾何的橋梁,本章對其進行全麵而細緻的分析。 核心內容: 整環、主理想整環(PID)、唯一因子分解整環(UFD)的層次結構。多項式帶餘除法在 $mathbb{F}[x]$ 中的唯一性。 側重點: 詳細分析 $mathbb{F}[x]$ 成為 PID 的原因,並對比 $mathbb{Z}$ 與 $mathbb{F}[x]$ 在結構上的相似性。講解如何利用整除性和最大公因式的概念來構造域的擴張——這是伽羅瓦理論的基礎。 第七章:域的擴張與代數數 本章是連接抽象代數與經典代數(如方程求解)的橋梁。 核心內容: 域擴張的定義,次數(Degree),代數元與超越元。 側重點: 重點講解如何通過構造 $F[x]/(p(x))$ 來生成新的域,特彆是如何從有理數域 $mathbb{Q}$ 構造齣包含 $sqrt{2}$ 或 $i$ 的域。我們用域擴張的語言來重新審視尺規作圖問題(如正十七邊形的構造),解釋為何某些問題在幾何上是可解的,而另一些則不行。 --- 第三部分:結構分析與高級概念的引入 (Chapters 8-10) 最後一部分著眼於更深層次的結構分析,如有限阿貝爾群的分類,以及對綫性代數中矩陣理論的代數視角。 第八章:有限阿貝爾群的分類定理 有限群理論的高潮部分。 核心內容: Cauchy 定理、Sylow 定理的詳盡闡述與應用。有限阿貝爾群的基本定理(Primary Decomposition Theorem)。 側重點: Sylow 定理的證明采用瞭構造性的方法,並重點演示如何利用這些定理來確定特定階數的所有群結構(如階為 12 的群)。基本定理則清晰地展示瞭任何有限阿貝爾群都可以被唯一地分解為循環群的直積。 第九章:矩陣環與模 本章將結構理論應用於綫性代數的對象——矩陣,並引入“模”(Module)這一更廣義的概念。 核心內容: 矩陣環 $M_n(F)$ 的非交換性,左模與右模,模作為環的“推廣的嚮量空間”。 側重點: 通過模的視角,重新審視嚮量空間的定義,理解為什麼在非交換環上不能定義“模的基”。重點分析如何利用模理論的工具(如撓結構)來推導有限生成阿貝爾群的結構,從而為矩陣的經典規範型(如Jordan標準型)提供更深刻的代數背景。 第十章:伽羅瓦理論的引言與應用 作為對全書概念的總結與升華,本章簡要介紹伽羅瓦理論的宏大藍圖。 核心內容: 分裂域,伽羅瓦群的定義,伽羅瓦基本定理的概述。 側重點: 專注於伽羅瓦群如何通過置換來描述域擴張的對稱性。通過 $x^3-2=0$ 在 $mathbb{Q}$ 上的擴張為例,展示伽羅瓦群結構如何直接決定瞭域的結構,並簡要闡述為何五次及以上方程不存在通用的根式解(通過分析對稱群 $S_5$ 的不可解性)。 --- 本書特色與教學方法 1. 概念的層次推進: 嚴格遵循“具體例子 $
ightarrow$ 抽象定義 $
ightarrow$ 結構分解 $
ightarrow$ 分類與應用”的邏輯鏈條,確保每一步抽象都是有意義的。 2. 強調“為什麼”: 每一新概念的引入都伴隨著對“它解決瞭什麼舊問題”或“它如何統一瞭不同領域”的深入探討。 3. 例題的深度與廣度: 大量精選的、具有代錶性的例子貫穿始終,涵蓋群論、環論、域論的經典案例,並特彆加入瞭非交換代數的初步觀察。 4. 思維訓練優先: 習題設計旨在訓練讀者從不同角度審視代數結構的能力,強調證明的清晰性和數學論證的嚴謹性。本書的練習不是單純的計算題,而是對所學理論的內化過程。