结构
数学术语
在汉语中,结构一词,可以指组成体系的各部分的组织与搭配方式,也可以指拥有这种各部分组织与搭配方式的体系。
基本释义
对全体实数的集合,我们往往默认实数间的加法与乘法(减法与除法作为它们的逆运算自然诱导出),但这些运算并不是理所当然的,我们可以考虑一个没有任何运算的纯数集。
此时,集合内除了散乱的数,没有别的东西。显然,这样的集合也没有太大的意义。我们无法问两个数加起来等于什么,无法问两个数之间的距离,因为这些东西都尚无定义。
若对该集合赋予一些满足公理(如加法与乘法的交换律、结合律、分配律等)的运算,且这些运算描述了数集中元素的关系,我们就可以称赋予了这些运算的集合为一个代数结构。代数结构的例子有等。
又比如,对于一个集合A={纽约,莫斯科,巴黎},我们可以为该集合附加一个满足相应条件(比如必须大于0)的“度量”,或者说距离函数,将任意两个城市组成的二元组,例如(纽约,莫斯科)作为自变量,以一个数作为因变量。我们可以将这个数当作是这两个城市间的距离。换言之,度量(结构)使得我们可以询问任意两个元素间的距离。此时,集合A也就成为了一个(数学)结构,即度量空间
一般而言,集合+(数学)结构=空间。常见的例子有线性空间线性赋范空间内积空间n维欧几里得空间希尔伯特空间拓扑空间等。
常见分类
我们往往可以看到一些代数结构(Algebraic Structure),比如交换代数结合代数外代数李代数等。
也可能会看见一些“几何结构”(Geometric Structure),比如n维欧几里得空间非交换几何等。
代数结构常指被赋予关系运算的集合,由这些关系与运算所能得到的结果,往往也就构成了一个“代数”,此时“代数”一词是作为结构而存在的(如上文的李代数)。
几何结构,最广泛地说,可以被视为定义了一些集合子集的分,以及它们之间运算的规则。可选地,我们可以将一个集合S上的几何结构G看作满足(确定性质的)S的幂集的一个或多个子集。举例来说,欧几里得的平面几何,平面是一个点集,点、线、平面图形等都是平面的子集,它们自身也是点集。两点之间只有一连线之类的规则,定义了它们之间的关系与运算。
需要注意的是,这两种结构并不是泾渭分明的,例如,对于一个平面,我们可以将其视为一个欧几里得的几何结构,也可以将其视为一个解析几何的代数结构。
举例说明
对一个实数三元组的集合{(x,y,z)|x,y,z∈R},作为(其中是笛卡尔积)即,可以给其附加一个线性结构,一个欧式内积(结构),由内积诱导出度量(结构)与范数(结构),使得其成为一个实数域R上的3维欧几里得空间
又例如,对于一个(实)拓扑流形,赋予其类微分结构,使其成为一个类(实)微分流形。
数学结构间的映射2——同构
考虑两个线性空间V和W。
从V到W的同构映射,就是一个线性映射,或者,如果是从V映射到V,也可以叫做线性变换(将V中的元素E变换为另一个元素F)。是的,线性代数里的核心概念之一——线性映射,就是两个代数结构之间同构映射的一个例子。它保持了线性组合的结构(几何上将直线映射为直线,平面映射为平面),即如果V中的几个向量a、b、c有一个线性组合的关系——2a+3b-c,在映射后变成f(2a+3b-c)=2f(a)+3f(b)-f(c)。
f(a)、f(b)、f(c)是a,b,c被映射之后的,。显然,a,b,c被映射后,其线性组合的形式依然不变,依旧是2d+3e-g的形式[其中d、e、g是代数项,代表任何向量,例如f(a)、f(b)],而不是别的,例如114d+514e+3.1415g。
参考资料
最新修订时间:2023-02-27 12:49
目录
概述
基本释义
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