抽象代数:群、环与域

同构

同构是说两个结构是同一样东西穿着不同的衣裳。如果你能把它们的元素完美地配对起来,而且这种配对尊重每一个运算,那么关于其中一个为真的任何事情,对另一个也为真——区别只在元素的名字。这是数学正式表达“它们本质上完全相同”的方式。

形式地说,同构是既是双射又是同态的映射:它保持运算,并把两个结构的元素恰好一一配对、没有任何剩余。由于它可逆、其逆也是同态,这种关系是完全对称的——双方地位平等。以此相连的两个结构称为同构的。

“在同构意义下”对对象进行分类是代数的核心目标之一:与其列出一串看上去相像的群的无尽清单,不如把每一种真正不同的形态描述一次。困难之处往往在于证明两个结构并不同构——为此你要找一个不变性质,比如元素个数、某给定阶的元素个数,或运算是否可交换,使一个具有而另一个不具有。

模 4 加法下的整数与单位四次根 {1, i, -1, -i} 在乘法下是同构的:把 1 与 i 对应,因为反复相加恰好对应 i 的幂的相乘。两者都是 4 阶循环群,是同一结构穿着不同的衣裳。

ℤ/4ℤ ≅ 乘法下的单位四次根。

大小相等是同构的必要条件,而非充分条件。存在两个真正不同的 4 阶群——循环群和克莱因四元群——它们元素个数相同,却不同构,因为其元素的阶各不相同。