Elementary Linear Algebra

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出版者:Prentice Hall
作者:Lawrence E. Spence
出品人:
页数:451
译者:
出版时间:1999-9-17
价格:USD 134.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780137167227
丛书系列:
图书标签:
  • 线性代数
  • 初等线性代数
  • 数学
  • 高等教育
  • 教材
  • 代数
  • 矩阵
  • 向量
  • 线性方程组
  • 数学分析
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具体描述

好的,这是一本关于高级抽象代数和拓扑学基础的教材的详细介绍,其内容完全独立于《Elementary Linear Algebra》。 --- 高级代数结构与拓扑基础:从群论到连续性 作者: [此处填写虚构的作者姓名] 出版社: [此处填写虚构的出版社名称] 页数: 约 850 页 (精装) 书籍概述 本书旨在为数学、理论物理学及计算机科学专业的高年级本科生和研究生提供一套严谨而深入的教材,涵盖现代数学的两个核心领域:抽象代数(侧重于群论、环论的高级应用)和拓扑学基础。本书的构建哲学是,在学生已掌握基本的集合论、离散数学和初步的线性代数概念之后,为其奠定一个坚实的、概念驱动的结构化思维框架。我们避免了对初级线性代数的重复叙述,而是将重点放在了结构如何从基础元素中涌现,以及空间本身的内在属性。 全书分为三大部分,共十章,辅以大量的习题和贯穿始终的严格证明。 --- 第一部分:群论的深化与结构分析 (第 1-3 章) 本部分从伽罗瓦理论的视角出发,对群论进行了深度挖掘,超越了初级介绍中对有限群分类的关注,转而探索无限群的复杂性及其在几何和代数中的作用。 第 1 章:群的结构与同态的精确描述 本章首先回顾了基本群概念,但迅速过渡到商群的构造和第一同构定理的详尽应用。重点在于理解正规子群在分解群结构中的核心作用。引入Sylow 定理的严谨证明,并探讨其在判断有限群是否为可解群(Solvable Groups)时的关键地位。 核心主题: 自由群 (Free Groups) 的定义、生成元与关系 (Generators and Relations) 的表示法。对无限群(如自由群、柏拉群 $mathbb{Z}^n$)的结构分析。 高级概念: 中心扩张 (Central Extensions) 与群的上同调 (Group Cohomology) 的初步介绍,为后续的代数拓扑打下基础。 第 2 章:环论:从域到非交换结构 本章将代数结构从群推广到环,重点关注这些结构如何承载更多的运算(乘法)。我们详细考察了理想(Ideals)的概念,并将其与群论中的正规子群进行类比。 核心主题: 主理想整环 (PID)、唯一因子化整环 (UFD) 的深入辨析。Noether 环($R$ 为 Noetherian)的定义及其重要性质。 关键进展: 整环 (Integral Domains) 上的分数域构造。对域的扩张 (Field Extensions) 的代数处理,特别是超越扩张与代数扩张的区分,为伽罗瓦理论的进一步发展做铺垫。 第 3 章:模论导论:线性代数的抽象升华 本章将线性代数中“向量空间”的概念提升到更一般的“模” (Modules)。这是从基本代数到更抽象结构的桥梁。 核心主题: 模作为环上的“向量空间”的概念。模的子模、商模以及模间的同态。 结构理论: 对有限生成阿贝尔群 (Finitely Generated Abelian Groups) 的结构定理的模论视角证明。介绍挠模 (Torsion Modules) 的概念,并为后续的张量积(Tensor Products)做准备,而不涉及具体矩阵表示。 --- 第二部分:拓扑空间与连续性的内在属性 (第 4-7 章) 这部分是本书的拓扑学核心,完全聚焦于空间自身的性质,如连通性、紧致性以及连续映射对这些性质的保持。 第 4 章:拓扑空间的构造与基本概念 本章严格定义了拓扑空间,并强调拓扑是结构而非度量。 核心主题: 基础(Basis)、子基(Subbasis)、开集与闭集的定义。点与闭包(Closure)、内部(Interior)、边界(Boundary)的精确计算。 关键工具: 开覆盖 (Open Covers) 的概念。引入子空间拓扑、积拓扑 (Product Topology) 和商拓扑 (Quotient Topology) 的构造方法及其对拓扑性质的继承或改变。 第 5 章:分离公理与重要结构 本章探讨拓扑空间需要满足的“良好行为”条件,即分离公理 (Separation Axioms)。 核心主题: $ ext{T}_1, ext{T}_2$ (Hausdorff, 豪斯多夫性) 的重要性及其在分析学中的必要性。正则性 ($ ext{T}_3$) 与完全正则性 ($ ext{T}_4$, 蒂霍诺夫定理的预备)。 高级应用: 探讨完全正则空间与度量空间的内在联系,证明柯莫戈洛夫延拓定理(Kolmogorov Extension Theorem)的简化版本。 第 6 章:连通性与紧致性:空间的全局性质 连通性和紧致性是拓扑学中描述空间“完整性”的两个关键概念。 连通性: 路径连通性 (Path Connectedness) 与连通性的区别。探讨连通分支和路径连通分支。 紧致性: 严格定义紧致性(通过开覆盖)。证明紧致空间的子集在子空间拓扑下的紧致性。重点阐述Tychonoff 定理(无限个紧致空间的乘积仍然是紧致的),该定理的证明依赖于代数结构中的积的概念。 第 7 章:连续映射与同胚 本章关注函数在拓扑结构下的行为,以及保持这些结构的基本概念。 核心主题: 连续映射的拓扑定义(原像下开集仍为开集)。紧致性与路径连通性在连续映射下的保持。 关键定义: 同胚 (Homeomorphism)——拓扑性质的完全保留。介绍拓扑空间的不变量 (Topological Invariants) 的初步思想,例如维度(非正式引入)。 --- 第三部分:代数与拓扑的交汇点 (第 8-10 章) 本部分是全书的集成与应用,引入了将代数工具用于研究拓扑空间的方法。 第 8 章:基本群:对空间的代数标记 本章引入了代数拓扑的第一个重要工具:基本群 ($pi_1$)。这直接将第一部分学到的群论知识应用于第二部分的拓扑空间。 核心主题: 路径、路径类、连接的定义。基本群的构造过程及其运算(乘法)。 关键结果: 证明基本群的函子性 (Functoriality)。计算常见空间的 $pi_1$(如圆周 $S^1$、环面等),并利用 $pi_1$ 区分拓扑不可区分的空间(例如证明圆周与 $mathbb{R}^2$ 上的一个“带孔圆盘”不是同胚的)。 第 9 章:构造与度量空间回顾 本章返回对结构的考察,但着眼于那些可以赋予度量的空间,并将其与一般拓扑空间进行对比。 核心主题: 度量空间 (Metric Spaces) 的定义及其诱导拓扑。完备性 (Completeness) 的概念,以及 Baire 范畴定理的非正式介绍。 应用: 对函数空间(如连续函数空间 $C(X)$)的 $ ext{sup}$ 范数的讨论,这构成了泛函分析的基础。 第 10 章:同调论的萌芽与高级展望 本章作为全书的收尾和进一步研究的指引,简要介绍了代数拓扑的更高级工具。 核心主题: 对链复形 (Chain Complexes) 的概念性描述。奇异同调 (Singular Homology) 的动机,解释同调如何测量“洞”的数量,并且是拓扑不变量。 总结: 强调了代数结构在描述几何和分析问题中的强大力量,为学生过渡到微分几何、代数拓扑或更深入的代数结构研究指明方向。 --- 目标读者与学习要求 本书要求读者具备扎实的抽象思维能力。学生应已经熟悉集合的笛卡尔积、函数、基本映射性质、矩阵运算(如特征值与特征向量,但这些知识在本书中仅作为背景参考,而非核心工具)。本书的价值在于构建起一个全新的、基于公理的数学框架,侧重于“为什么”而不是“如何计算”。它提供的是一把理解现代数学核心构造的钥匙。

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读后感

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用户评价

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我使用这本书主要是为了回顾和巩固自己在专业领域(比如信号处理)中遇到的线性代数背景知识。从这个角度来看,这本书的价值在于其**完备性**和**无可替代的严密性**。它几乎涵盖了本科线性代数课程所能涉及的所有标准主题,而且每一个主题的讨论都非常透彻。它不像某些现代教材那样,为了迎合快速教学的需要而简化了某些核心的群论或拓扑基础概念,而是坚持了传统数学教育对逻辑严谨性的苛刻要求。例如,关于行列式的构造性定义和其作为多线性、反对称函数的性质的探讨,这本书的处理方式非常经典和深刻,让我对行列式的本质有了更深层次的认识,而不是仅仅把它看作一个计算工具。当然,这种深度也意味着内容的密度非常高,阅读速度自然慢。它不是一本可以轻松翻阅的参考书,更像是一部需要反复研读的经典著作。如果你已经掌握了基础知识,想追求更深、更纯粹的代数理解,这本书无疑是值得反复咀嚼的“硬骨头”。

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这本书的习题设计是其最大的亮点,也是最令人望而生畏的地方。习题难度跨度极大,从基础的矩阵乘法验算,到需要数小时才能理清思路的证明题,应有尽有。那些被标记为“可选”或“挑战性”的习题,往往是真正考验对核心概念理解深度的试金石。我特别喜欢作者在证明环节给出的那些巧妙的“提示”,它们不是直接给出答案,而是点拨你思考的方向,让你在不被“剧透”的情况下,自己完成逻辑推理的全过程。这是一种非常高明的教学技巧。然而,对于自学的学生来说,没有配套的答案或详细的解题步骤,使得检查学习成果变得异常困难。我时常会陷入一个困境:是我的理解有误,还是我只是在某个代数步骤上犯了错?这种不确定性极大地拖慢了自学进度。因此,我强烈建议任何想用这本书深入学习的人,务必找到任何可能的资源(比如教师用书的解答部分)来交叉验证自己的推导过程,否则,你很可能会在那些复杂的证明题前卡住太久,从而打击学习热情。

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这本书的封面设计简洁得近乎朴素,拿到手里沉甸甸的,那种经典的教科书质感扑面而来。我是在学习微积分预备课程时,抱着“总得把基础打牢”的心态开始啃这本书的。起初,那些关于向量空间、线性变换的抽象概念,简直像是一堵密不透风的墙。我记得第一次接触到“基”和“维度”的定义时,脑子嗡嗡作响,感觉自己像个迷失在几何迷宫里的旅人。作者的叙述方式非常严谨,每一个定义、每一个定理都像是经过了最精密的打磨,不留一丝多余的赘述。这种风格的优点是逻辑链条异常清晰,一旦跟上了作者的思路,你会发现整个线性代数的体系是多么的和谐统一。但缺点也显而易见,对于初学者来说,缺乏足够的“软着陆”空间。大量的例子往往是高度抽象的,比如直接跳到$R^n$上的变换,而没有花太多篇幅去用二维或三维的几何直觉来铺垫。我花了大量时间在课后习题和网络上的辅助视频中寻找直观的理解,这本书更像是给已经对数学有一定敏感度的人准备的“工具箱”,而非“启蒙读物”。它要求你主动去挖掘其背后的几何意义,而不是被动地接受知识的灌输。那种通过自己的努力,最终豁然开朗的感觉,是这本书给予我的最大收获,尽管过程着实有些“硬核”。

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我选这本书是因为我的导师强烈推荐,他说这是理解矩阵理论最“纯粹”的版本。我主要关注的是它在数值分析和优化问题中的应用潜力。这本书的矩阵分解部分写得尤为出色,对奇异值分解(SVD)的介绍,可以说是做到了教科书级别的详尽。作者没有止步于代数层面,而是深入探讨了SVD在数据压缩和最小二乘解中的实际意义,这点非常实用。不过,对于那些希望在书中找到大量现成算法代码的读者来说,可能会感到失望。这本书的核心仍然是理论推导和证明,它更侧重于“为什么”而不是“怎么做”(指具体的编程实现)。比如,在讲解QR分解时,详细阐述了Gram-Schmidt过程的几何意义,以及Householder反射的数值稳定性优势,但对于如何用MATLAB或Python高效地调用库函数来执行这些操作,书中提及甚少。这使得我在尝试将理论应用于大型数据集时,不得不频繁地参考其他偏工程类的参考书。总而言之,它是一部卓越的理论基石,但如果你是偏应用方向的理工科学生,可能需要搭配一本更“接地气”的实践指南才能达到最佳学习效果。它提供了大厦的蓝图,但你需要自己去采购砖块和水泥。

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坦率地说,这本书的排版和视觉体验是我最不满意的地方。作为一本流传甚广的经典教材,它的字体选择和页边距处理显得过于保守,甚至有些老旧。在信息爆炸的今天,阅读体验直接影响学习的持久性。很多关键的定义和定理,虽然被加粗或使用斜体标出,但与周围的文字混合在一起时,缺乏足够的视觉层次感。更让我头疼的是,书中关于抽象向量空间的例子,很多时候只是用一句话带过,比如提到函数空间或多项式空间,然后立刻就跳转到矩阵运算上。这对于习惯了从具体到抽象的学习者来说,是一个不小的障碍。我常常需要在纸上花费大量时间,自己重新构建这些抽象空间的具体元素,才能真正理解映射的含义。如果作者能在某些章节增加一些高质量的插图,比如用动态的箭头和旋转来演示线性变换对几何图形的影响,将会大大提升阅读的流畅性和趣味性。目前的版本,更像是一份严谨的数学论文集,而不是一本旨在普及知识的教学材料,阅读起来需要极高的专注力和毅力。

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