Том 37. Женщины-математики. От Гипатии до Эмми Нётер

Она занималась наиболее современными разделами алгебры. Время от времени Эмми обращалась к топологии, в частности в совместных работах с Павлом Сергеевичем Александровым (1896–1982). Специализацией Нётер было подробное изучение алгебраических структур, цель которого — отбросить их частные свойства и рассмотреть их в максимально общем виде. Эмми пользовалась безграничным авторитетом, и к ней приезжали ученики со всех уголков Европы. Один из них, Бартель ван дер Варден (1903–1996), впоследствии прославившийся как автор «Современной алгебры», книги, ставшей каноном для нескольких поколений (по этой самой книге, страницы которой были испещрены непонятными символами готического шрифта, учился и я), писал в некрологе Эмми Нётер:

«Для Эмми Нётер связи между числами, функциями и операциями становились ясными, доступными для обобщения и полезными только после того, как они были отделены от конкретных объектов и сведены к концептуальным связям общего вида».

А вот что писал Эйнштейн:

«Теоретическая математика — своего рода поэзия логичных идей. Ее цель — поиск наиболее общих идей, которые в простом, логичном и общем виде описывают максимально возможный спектр формальных взаимосвязей. На этом пути к логической красоте мы и открываем формулы, позволяющие глубже постичь законы природы».

Основные алгебраические структуры

Внимательно прочтите этот раздел, посвященный азам абстрактной алгебры, — в противном случае вы не поймете ничего из того, о чем говорится в следующих разделах. Этот раздел обширен, но прост, так как содержит исключительно определения.

Основных алгебраических структур, которые рассматриваются как множества с одной или несколькими операциями, много. Мы ограничимся тем, что рассмотрим структуры, на которых определены две операции, o и •. Этими операциями часто оказываются + и •. Порой требуется так называемый третий закон внешней композиции (а иногда и больше), но мы рассмотрим только простейшие случаи. Вместо того чтобы постоянно использовать слова «является элементом», заменим их символом .

Группой называется множество элементов А с определенной на нем операцией o, которая удовлетворяет трем следующим условиям:

1) существует нейтральный элемент n такой, что n о а = а о n = а для любого a  А;

2) для каждого а  А существует обратный элемент а^-1 такой, что а о а^-1 = а^-1 о а = n;

3) для любых a, b, с  А выполняется свойство ассоциативности, согласно которому (а о Ь) о с = а о (Ь о с).

Группа называется коммутативной, или абелевой (в честь норвежского математика Нильса Хенрика Абеля), если для любых a, b  А определенная нами операция обладает коммутативностью, то есть выполняется соотношение а о Ь = b о а.

Если на группе определена операция сложения (+), то элемент, обратный а, обозначается — а и называется противоположным. Нейтральный элемент в этом случае обозначается 0.

Если на группе определена операция умножения (), то элемент, обратный а, обозначается 1/а. Нейтральный элемент в этом случае обозначается 1.

4) для любых а, Ь, с  А справедливо (а Ь) с = а (Ь с).

Операции о и связаны друг с другом свойством дистрибутивности относительно:

5) а (Ь о с) = (а b) о (а с).

Кольцо — это коммутативная группа, на которой определена еще одна операция обладающая свойством ассоциативности:

Примерами колец являются натуральные числа , целые числа , рациональные числа , вещественные числа  и комплексные числа  (вне зависимости от определенной для них модальной арифметики). Многочлены также образуют кольца.

В мире колец операция о обладает коммутативностью аналогично операции сложения, поэтому она обозначается знаком +. Операция (для простоты будем предполагать, что она также обладает коммутативностью) обозначается знаком ·, подобно умножению.

Подгруппой или подкольцом А будет любое подмножество, которое будет оставаться группой или кольцом, если ограничить операции о или этим подмножеством. Идеал — особое подкольцо: это подкольцо В  А такое, что любое произведение b  В и любого другого элемента, принадлежащего В или нет, будет принадлежать В. Идеалы можно складывать и перемножать. Результатами сложения и умножения идеалов также будут идеалы. Понятие идеала возникло как обобщение понятия числа. Для двух данных идеалов I и J имеем:

Определить идеал IJ несколько сложнее. Это идеал, порожденный всеми произведениями ху, где х  I, у  J. Пересечение всех идеалов, содержащих подобные произведения, называется порожденным идеалом.