线性代数

张玮

目录

  • 1 线性方程组
    • 1.1 线性方程组的基本概念
    • 1.2 高斯消元法与阶梯型
    • 1.3 线性方程组的等价与初等变换
    • 1.4 矩阵
    • 1.5 齐次线性方程组
    • 1.6 二阶行列式
    • 1.7 三阶行列式
  • 2 集合与映射
    • 2.1 集合的基本概念
    • 2.2 集合之间的运算
    • 2.3 集合的乘积和基数
    • 2.4 映射的基本概念
    • 2.5 映射的合成
    • 2.6 逆映射
    • 2.7 对换
    • 2.8 置换的分解
    • 2.9 例子
    • 2.10 置换的符号
    • 2.11 偶置换与奇置换
    • 2.12 置换在函数上的作用
    • 2.13 等价关系
    • 2.14 商映射与序关系
    • 2.15 数学归纳法
    • 2.16 整数的算术(上)
    • 2.17 整数的算术(下)
  • 3 矩阵
    • 3.1 向量和向量空间
    • 3.2 线性组合和线性相关
    • 3.3 一些性质
    • 3.4 基
    • 3.5 维数
    • 3.6 行秩、列秩的定义及性质
    • 3.7 线性方程组的可解性准则
    • 3.8 重新理解线性方程组
    • 3.9 线性映射
    • 3.10 矩阵的运算
    • 3.11 矩阵乘积的秩
    • 3.12 矩阵的转置
    • 3.13 单位矩阵和纯量矩阵
    • 3.14 可逆矩阵
    • 3.15 一些计算
    • 3.16 初等矩阵
    • 3.17 逆矩阵的计算
    • 3.18 线性方程组的解空间
    • 3.19 解空间的基础解系
  • 4 行列式
    • 4.1 平行六面体的体积与行列式
    • 4.2 行列式的若干性质
    • 4.3 广义行列式函数
    • 4.4 行列式按一行或一列的元素展开
    • 4.5 准三角方阵的行列式
    • 4.6 方阵乘积的行列式
    • 4.7 例子
    • 4.8 可逆矩阵的行列式判别准则
    • 4.9 克拉默法则
    • 4.10 矩阵的子式与矩阵的秩的联系
  • 5 群、环、域
    • 5.1 运算
    • 5.2 结合律的性质
    • 5.3 幂与倍数
    • 5.4 可逆元素
    • 5.5 群的定义和例子
    • 5.6 循环群
    • 5.7 元素的阶
    • 5.8 循环群的子群
    • 5.9 同态与同构
    • 5.10 例子与结论
    • 5.11 半群的乘法表以及群与对称
    • 5.12 环的定义和例子
    • 5.13 整数的剩余类环
    • 5.14 零因子、整环
    • 5.15 同态
    • 5.16 域的定义,例子
    • 5.17 素域
    • 5.18 域的特征
    • 5.19 任意域上的线性方程组
  • 6 复数和多项式
    • 6.1 复数域
    • 6.2 矩阵模型
    • 6.3 复平面、棣莫弗公式
    • 6.4 共轭
    • 6.5 实数域二次扩张的唯一性
    • 6.6 有理数域的二次扩张
    • 6.7 复数的初等几何
    • 6.8 尺规作图与二次扩张
    • 6.9 定义
    • 6.10 一些术语
    • 6.11 多项式的取值
    • 6.12 带余除法
    • 6.13 多元多项式
    • 6.14 多元单项式的字典序
    • 6.15 若干术语
    • 6.16 整除的初等性质
    • 6.17 最大公因子和最小公倍元
    • 6.18 欧几里得环的唯一因子分解性
    • 6.19 整系数多项式的因式分解
    • 6.20 整环的分式域
    • 6.21 欧几里得环的分式域
    • 6.22 有理函数域
  • 7 多项式的根
    • 7.1 根与线性因子
    • 7.2 韦达公式
    • 7.3 多项式的导数与根的重数
    • 7.4 重因子
    • 7.5 多项式函数
    • 7.6 代数基本定理的叙述和一些引理
    • 7.7 代数基本定理的证明
    • 7.8 实系数多项式的虚根
    • 7.9 复数域和实数域上的最简分式
    • 7.10 实系数多项式的根(上)
    • 7.11 实系数多项式的根(中)
    • 7.12 实系数多项式的根(下)
    • 7.13 斯图姆定理的证明
    • 7.14 正根的个数与系数的关系
    • 7.15 多项式根的近似计算
    • 7.16 整系数多项式的有理根
    • 7.17 对称多项式的定义与例子
    • 7.18 对称多项式的基本定理
    • 7.19 待定系数法
    • 7.20 一元四次方程的求根问题
    • 7.21 判别式
    • 7.22 解三次方程
    • 7.23 结式(上)
    • 7.24 结式(下)
  • 8 复习
    • 8.1 复习(一)
    • 8.2 复习(二)
    • 8.3 复习(三)
    • 8.4 复习(四)
  • 9 阅读
    • 9.1 阅读
  • 10 问卷调查
    • 10.1 问卷调查
整数的剩余类环
  • 1 视频
  • 2 章节测验




剩余类环(residue class ring)是有理整数环的剩余类环Z/mZ的推广。设{F,S}为普通算术域,且F对S中每一赋值的剩余类域均为有限域,设O为F的S整数环,A,B为O的理想,记N(A)=#(O/A),称为A的范数,它是积性的,O/A有许多类似于Z/mZ的性质:

1. bx≡c(mod A)有解当且仅当(b,A)除尽c,且模A/(b,A)解惟一(式中b,c,x∈O);

2. 以Φ(A)记环O/A中单位元个数,若(A,B)=1,则Φ(AB)=Φ(A)Φ(B),且Φ(A)=N(A)∏(1-1/N(p)),式中p|A过素理想∑Φ(B)=N(A),式中B|A过理想;3.若b∈O,(b,A)=1,则bΦ(A)≡1(mod A) 。

定义

设A是环R的一个理想,若把A,R看作加群,这样A是R的一个不变子群,且由A的陪集a+A=[a],b+ A=[b],..作成R的一个分类,这些类叫做模A的剩余类。而所有这些类组成的集作成一个环,叫做模A的剩余类环,记作R/A。

比如,(n)是Z的一个理想,由(n)的陪集0+(n)=[0],1+(n)=[1],2+(n)=[2],...,n-1+(n)= [n-1]作成Z的一个分类,且集合{[0],[1],...,[n-1]}作成一个剩余类环Z/(n),也就是Zn。可见,一般的剩余类环是模n的剩余类环Zn的推广 。

实例分析

现在我们将给出剩余类环这个重要概念的另一个实例。令F是一个实数域,并且考虑环F[x]中的理想n= (x2+1),如果f(x)是F[x] 的任意元素,那么由除法变换我们有:f(x)=g(x)(x2+1)+a+bx,此处a和b都是实数,因此,对模n的每一个剩余类所包含的是零或者至多是一次的多项式,而且a+bx和c+dx在不同的剩余类中,除非是a=c和b=d,因为除了在这种情况下,a+bx≡c+dx(n)是不可能的,这样F[x}/n的不同元素的确就是剩余类

由F[x]/n中加法和乘法的定义,我们看到

上面的第一式是明显的,而第二式由观察式:(a+bx)(c+dx)=ac-bd+(ad+bc)x+bd(x2+1),所以(a+bx)(c+dx)=(ac-bd)+(ad+bc)x(n),读者必须注意这些公式与复数的加法和乘法的普通规则的相似性——事实上,环F[x]/(x2+ 1) 就是复数域,除了使用的符号以外,实质上是相同的。

另外一个实例可能是有趣的,令  是一个整数环,而m是多项式环  中的理想(2,x2+x+1),利用前面例子的论证,以x2+x+1代替x2+1,可以看出,对模m的任一个剩余类包含一个形如a+bx的元素,现在此处a和b都是整数,然而在这种情况下,m包含整数2,因而每一个整数对模m的同余不是0就是1,因此刚好有4个剩余类,就是

而且因为x(x+1)=1+(x2+x+1)-2≡1(m),我们看到

所以  的每一个非零元素有一个逆元,因此  是一个域,这就是我们的第一个有限域的实例,它不是  的形式,此处p是一个素数,事实上,可以证明,虽然我们省略这个证明,那就是对于适当选择的理想m,则任何有限域都可以象剩余类环  一样而得到。