Introduction to Mathematical Structures and Proofs

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出版者:Springer
作者:Larry J. Gerstein
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2007-10-26
价格:USD 23.00
装帧:Paperback
isbn号码:9783540780441
丛书系列:
图书标签:
  • 数学
  • 数学结构
  • 数学证明
  • 离散数学
  • 集合论
  • 逻辑
  • 数论
  • 组合数学
  • 图论
  • 抽象代数
  • 高等数学
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具体描述

好的,这是一本关于深入探索离散数学、集合论与逻辑推理的专业教科书的简介。 书名:基础逻辑与抽象代数结构:从集合论到群论的严谨构建 内容概述 本书旨在为读者提供一个从基础的逻辑推理、集合论到抽象代数结构的严谨且深入的导论。它不仅仅是一本概念的罗列,更是一本着重于培养读者进行数学证明和结构化思维的教程。全书以“构建”为核心理念,系统地展示了现代数学的基石是如何一步步搭建起来的。 第一部分:逻辑、集合与关系的基础 本部分奠定了整个数学大厦的基石。我们从命题逻辑和一阶谓词逻辑的精确表达入手,详细阐述了联结词、真值表、蕴含关系以及如何构造有效的推理规则。重点探讨了归谬法、数学归纳法(强归纳法与弱归纳法)作为证明工具的严格应用。 随后,我们转向朴素集合论,这是所有数学对象的“原材料”。我们详细定义了集合、子集、幂集,并严格区分了理解集合的外延性原则。集合间的运算(并、交、差、对称差)被系统化地介绍,并辅以大量的代数定律(如分配律、德摩根定律)的证明练习。我们将集合论的抽象性与具体的计数问题相结合,使读者能够将抽象概念应用于实际的结构描述中。 深入到集合间的关系,我们清晰界定了笛卡尔积、二元关系的概念。随后,本书的核心之一——等价关系和偏序关系被提炼出来进行深入探讨。等价关系的性质(自反性、对称性、传递性)及其诱导出的商集(或等价类划分)的概念,是理解后面代数结构中“同构”思想的先导。偏序关系则引导我们进入格理论的初步概念,例如最小元、最大元、上下确界。 第二部分:函数、基数与构造性证明 本部分聚焦于连接和比较不同数学结构的方法论。函数被定义为满足特定条件的特殊关系,其全性、单射性、满射性的概念被详尽剖析。我们着重于逆函数和复合函数的性质,特别是它们如何与单射/满射性相互影响。通过构造性的例子,读者将掌握如何证明一个函数是双射的,并理解双射在定义结构同构时的关键作用。 基数理论是衡量集合“大小”的工具。我们从有限集的计数原理出发,自然过渡到无限集。可数性的概念通过与自然数集的双射被精确界定,对$mathbb{Z}$和$mathbb{Q}$的可数性证明是本节的重点练习。随后,不可数集的引入,以实数集$mathbb{R}$为例,通过康托尔对角线论证法,清晰展示了不同层级的无限。本书并未深入探讨基数算术,但为读者打下了理解良序定理和选择公理(作为非构造性工具)的背景知识。 第三部分:形式化系统与初等数论的结构 在深入代数结构之前,本书提供了一个关于形式化系统的视角。我们探讨了公理化方法的本质,并以皮亚诺算术公理为例,展示如何利用归纳法和递归定义来构造和证明自然数系统的基本性质(如加法、乘法的唯一性)。 在数论的背景下,本书引出了整除性、最大公约数、欧几里得算法等基本概念。这里,我们侧重于展示这些数论性质是如何从集合论和逻辑推理中严格推导出来的。同余关系作为另一种重要的等价关系,被详细介绍,并用于构建模算术,这为后续的环和域结构提供了最直观的具体模型。 第四部分:抽象代数的核心——群论导论 本书的最后部分构成了抽象代数的核心入口。我们从代数结构的通用定义出发,即一个集合配上一个或多个满足特定公理的运算。群的四个公理(封闭性、结合律、单位元、逆元)被严格陈述,并展示了它们所蕴含的基本性质(如单位元和逆元的唯一性)。 我们将群论应用于各种经典结构:整数加法群、非零有理数的乘法群、矩阵群(如可逆矩阵群$GL_n(mathbb{R})$)、以及对称群$S_n$。对$S_n$的介绍,特别是循环和对换的分解,为理解置换的性质提供了强大的直观工具。 群论的核心进阶概念包括:子群的判定、陪集的概念及其在拉格朗日定理中的应用(这是群论中最核心的定理之一)。我们详细证明了拉格朗日定理,并利用它来推导有限群的阶必须整除群的阶这一重要结论。 最后,正规子群和商群(或因子群)的构建,是本书从初等代数向高级代数过渡的关键一步。我们严格证明了商群的运算是良定义的,这再次强调了“等价类划分”在构造新结构中的核心地位。通过这些步骤,读者将对“结构如何被保持和传递”形成深刻的理解。 本书特点 本书的叙事风格强调严谨性和可追溯性。几乎每一个重要的结论都伴随着完整的证明,并且明确指出了所依赖的先决条件(来自逻辑、集合论或已证明的定理)。我们使用一致的符号系统,并力求在抽象概念和具体的、可操作的例子之间建立坚实的桥梁。本书适合作为大学数学系学生“离散数学”、“基础抽象代数”或“数学基础”课程的教材。完成本书的学习后,读者将具备独立阅读更高级代数或拓扑学著作所需的严格证明能力。

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读后感

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用户评价

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这本书的开篇就给我留下了深刻的印象。它并没有像我预期的那样,直接抛出一系列枯燥的定义和定理,而是首先带领读者回顾了数学学习的历程,从基础的算术、代数,到几何,再到微积分,巧妙地勾勒出数学这片广阔天地的一角。作者以一种极其友善和循循善诱的笔触,为我们铺垫了学习更抽象、更严谨的数学结构所需的“思想基础”。我尤其欣赏的是,在介绍集合论的概念时,作者并没有生硬地给出“集合是由若干个元素组成的整体”这样的定义,而是通过一些生动的例子,比如“所有能被2整除的整数的集合”、“所有小于10的正整数的集合”,让读者在潜移默化中理解集合的本质。这种“润物细无声”的教学方式,极大地降低了我对抽象数学的畏惧感,让我觉得数学不再是遥不可及的象牙塔,而是可以通过理解和实践去探索的奇妙世界。

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这本书在讲解映射和关系的部分,为我打开了新的视角。我之前对“映射”的理解仅仅停留在函数的层面,但这本书将映射的概念拓展到了更一般的集合之间,并且深入探讨了单射、满射、双射等性质,以及它们在保持集合结构方面的作用。这让我意识到,数学的威力在于它能够跨越不同领域的概念,找到其内在的共性。书中关于等价关系和偏序关系的讨论也同样精彩,作者用通俗易懂的语言解释了这些概念的定义和性质,并且提供了丰富的例子,如整数的同余关系、集合的子集关系等,帮助我理解如何在不同的数学场景中应用这些概念。我特别喜欢书中关于良基序的介绍,它为我们理解良序原理以及它在数学归纳法中的应用奠定了基础。

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在介绍数学归纳法时,这本书表现出了极高的水准。它并没有简单地给出归纳法的定义和步骤,而是通过一系列精心设计的例子,从基础的等式证明到不等式证明,再到计数问题,循序渐进地引导读者掌握这种强大的证明技巧。作者还特别强调了归纳法在证明递归定义和性质时的重要性,这对于理解许多现代计算机科学算法至关重要。我印象深刻的是,书中关于“强归纳法”和“良序原理”的联系,这种深入的探讨让我对归纳法的理解更加透彻,也让我认识到数学证明方法的多样性和有效性。这本书让我觉得,数学证明不再是死记硬背的技巧,而是一种充满智慧和创造力的思维过程。

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本书在逻辑和集合论的结合处理上,做得非常出色。它不是简单地将逻辑和集合论分开介绍,而是将它们有机地融合在一起,展示了逻辑如何为集合论提供严谨的语言和推理基础。作者从命题逻辑和谓词逻辑出发,逐步引入了集合的表示法、集合运算、以及各种集合恒等式的证明。我尤其欣赏书中对集合论公理的介绍,虽然没有深入到公理化的细节,但它让我理解了现代集合论的基石。通过对德摩根定律、分配律等重要集合恒等式的证明,我不仅巩固了逻辑推理的能力,更体会到数学的精确性和系统性。这本书让我明白了,无论是多么抽象的数学概念,都可以通过清晰的逻辑和严谨的证明来构建和验证。

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我非常喜欢书中关于函数和关系部分的表述方式。它并没有局限于我们熟悉的初等函数,而是将函数的概念泛化到任何两个集合之间的映射,并深入探讨了单射、满射、双射等性质。这些性质的引入,不仅为我们理解数学结构提供了关键工具,也为后续学习更复杂的概念打下了坚实的基础。书中关于等价关系和偏序关系的介绍,更是让我眼前一亮。作者通过丰富的例子,如整数的同余关系、集合的子集关系,清晰地阐述了这些关系的重要特征和应用。我尤其欣赏关于良序原理的讨论,它巧妙地连接了集合论和数学归纳法,展现了数学知识体系的内在联系和一致性。

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我对这本书中关于数论的介绍部分感到尤为惊喜。我原本以为一本以“数学结构与证明”为主题的书,在数论方面的篇幅不会太多,但这本书却给出了非常扎实的基础。从欧几里得算法求最大公约数,到素数的分布,再到同余理论,作者都进行了清晰的阐述。特别是关于费马小定理和欧拉定理的介绍,作者不仅给出了定理的证明,还详细解释了它们在密码学等领域的应用前景,这让我对数论的实用价值有了更深的认识。我非常欣赏书中关于模算术的讲解,它将抽象的数论概念与我们日常生活中熟悉的时钟和日历联系起来,使得学习过程更加生动有趣。这些内容不仅丰富了我的数学知识,更激发了我对数论的进一步探索兴趣。

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这本书在介绍抽象代数结构时,表现出了令人惊叹的清晰度和系统性。当我翻阅到群论的部分时,我原本以为自己会一头雾水,但作者通过从对称性这一直观概念出发,引出了群的定义,让我感觉非常自然。比如,作者用正方形的旋转和对称操作来解释群的封闭性、结合律、单位元和逆元,这些例子非常形象,帮助我建立起对抽象概念的直观理解。随后,书中又循序渐进地介绍了子群、陪集、正规子群等概念,并且通过具体的例子,如整数加法群、置换群,来加深读者的理解。我特别喜欢书中关于同态和同构的章节,作者通过类比,将数学结构之间的“映射”和“同等”关系解释得非常透彻,让我认识到不同看似无关的数学对象之间可能存在的深刻联系。

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这本书在介绍图论方面的内容,为我展示了一个全新的数学领域。我之前对图论的了解仅限于一些简单的图示,但这本书则从图的定义、性质出发,深入探讨了连通性、通路、回路、树等基本概念,并且还涉及了欧拉图、汉密尔顿图等经典问题。作者通过一些实际的例子,比如城市之间的道路网络、社交网络中的关系等,来解释图论的应用,让我对这个抽象的数学工具产生了浓厚的兴趣。我特别喜欢书中关于匹配和网络流的章节,它展示了图论在解决优化问题方面的强大能力,例如如何找到最大匹配或最小割。这些内容不仅拓展了我的数学视野,更让我看到数学在解决现实世界问题中的巨大潜力。

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读到关于逻辑和证明的部分,我才真正体会到数学的严谨性是如何构建的。这本书不仅仅是教我如何“做题”,更是教我如何“思考”。作者详细地阐述了命题逻辑、谓词逻辑的基本概念,并且用大量清晰易懂的例子说明了如何构建一个有效的数学证明。特别是“直接证明”、“反证法”、“数学归纳法”这几种常见的证明技巧,作者都给出了详尽的解析和不同类型的例题,从简单的命题推导到复杂的定理证明,逐步引导读者掌握这些工具。我曾经一直觉得数学证明是一件非常困难和神秘的事情,但通过这本书的学习,我发现,只要掌握了逻辑规则,并且能够清晰地梳理思路,证明也并非是不可逾越的鸿沟。这本书让我学会了如何将一个问题分解成更小的、可管理的部分,然后一步步地推理,最终得出结论。

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我对这本书的风格非常欣赏,它既有学术的严谨性,又不失教学的趣味性。作者在讲解抽象概念时,总是能够巧妙地融入生活中的例子和直观的比喻,比如用“抽屉原理”来解释鸽笼原理,用“分蛋糕”来类比划分集合。这种贴近读者的教学方式,极大地降低了学习的门槛,让我能够以更加轻松的心态去接受和理解那些看似复杂的数学理论。此外,书中对不同数学领域之间的联系也进行了深入的探讨,例如如何将集合论的知识应用于图论,或者如何利用群论的概念来理解抽象代数结构。这种跨领域的视角,让我对数学的整体框架有了更清晰的认识,也激发了我对数学更广泛的兴趣。

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