Εαρινό εξάμηνο Χ. Χαραλάμπους. Χαρά Χαραλάμπους Τμήμα Μαθηματικών, ΑΠΘ

Transcript

1 Εαρινό εξάμηνο Χ. Χαραλάμπους ΑΠΘ

2 Έως το τέλος του 18 ου αιώνα, άλγεβρα ήταν η μελέτη πολυωνυμικών εξισώσεων (κλασσική λ ή άλγεβρα). ) Το 20 ο αιώνα η άλγεβρα γβρ έγινε η μελέτη αφηρημένων συστημάτων, συστημάτων που καθορίζονται από αξιώματα (μοντέρνα άλγεβρα). Η μετάβαση έγινε τον 19 ο αιώνα. Τότε εμφανίστηκαν και αναγνωρίσθηκαν οι δομές για ομάδες, για αντιμεταθετικούς και μη δακτυλίους, για σώματα και για διανυσματικούς χώρους.

3 Η μετάλλαξη της Άλγεβρας η μεγάλη στροφή Gauss Οι ακέραιοι του Gauss (1829) Galois Ομάδες (1832) Τετραδικοί Αριθμοί (1843) Hamilton

4 Θεωρία Δακτυλίων Αντιμεταθετικοί Δακτύλιοι Ξεκίνημα: αλγεβρική θεωρία αριθμών, αλγεβρική γεωμετρία, θεωρία αναλλοιώτων. Μη Αντιμεταθετικοί Δακτύλιοι Ξεκίνημα: τετραδικοί αριθμοί του Hamilton (1843)

5

6

7

8 Αντιμεταθετικοί Δακτύλιοι Αλγεβρική Θεωρία Αριθμών: παρόλο που τα κύρια προβλήματα είχα τεθεί ως προς τους ακεραίους, για την επίλυσή τους ςφάνηκε ότι έπρεπε να σκεφτούν τους ακεραίους ως κομμάτι πιο γενικευμένων συστημάτων αριθμών, τους «αλγεβρικούς ακεραίους». Ένα από τα κύρια ζητήματα που τέθηκε ήταν η ιδιότητα της μοναδικής παραγοντοποίησης.

9 Dedekind

10

11 Η όρος δακτύλιος χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Hilbert το Ο πρώτος αξιωματικός ορισμός του δακτυλίου από τον Fraenkel το Οι αξιωματικές αρχές της θεωρίας των αντιμεταθετικών δακτυλίων δόθηκαν για πρώτη φορά από την Noether το 1921.

12 Βασικές Έννοιες τη Γραμμικής Άλγεβρας Πίνακες Γραμμικές εξισώσεις Ορίζουσες Διανυσματικοί χώροι Γραμμική ανεξαρτησία Διάσταση Διγραμμικές μορφές.

13 Γραμμικά συστήματα και πίνακες: η αρχή Περίπου το 300 π.χ. οι αρχαίοι Βαβυλώνιοι έλυναν προβλήματα 2 εξισώσεων με 2 αγνώστους. Οι Κινέζοι ανάμεσα στο 200 π.χ. με 100 π.χ. χρησιμοποίησαν πίνακες, π.χ. στα «Εννέα Κεφάλαια της Μαθηματικής Τέχνης» (Δυναστείας ς Han). (Η μέθοδος που χρησιμοποίησαν η είναι ουσιαστικά η μέθοδος απαλοιφής του Gauss).

14 O Cardan στο βιβλίο ββ του Ars Magna (το Μεγάλο Έργο) το 1545 δίνει έναν κανόνα που είναι ουσιαστικά ο κανόνας του Cramer για την επίλυση 2 εξισώσεων, προσεγγίζοντας την έννοια της ορίζουσας Ιταλία

15 Στην Ιαπωνία ο Seki το 1683 έγραψε την «μέθοδος επίλυσης των απόκρυφων προβλημάτων» όπου εισήγαγε τις ορίζουσες και έδωσε μεθόδους για τον υπολογισμό τους (χωρίς ί όμως να ορίσει τις ορίζουσες ως ξεχωριστή έννοια) Ιαπωνία

16 Την ίδια ακριβώς ημερομηνία (1683) στην Ευρώπη ο Leibniz σε ένα γράμμα του στον de L Hopital εξηγούσε τη συνθήκη στην ορίζουσα (χωρίς να την ονομάζει έτσι) για να είναι συμβατό ένα σύστημα γραμμικών εξισώσεων. Δούλεψε σε αυτό το πρόβλημα από το 1678 και μετά, ως το τέλος της ζωής του. Στα κείμενά του έδειχνε διάφορους τρόπους για τον υπολογισμό της ορίζουσας Γερμανία

17 Ο Cramer to 1750 δίνει τον γενικό κανόνα που είναι σήμερα γνωστός με το όνομά του για τη λύση ενός nxn συστήματος. Η προσπάθειά του ήταν να βρει την εξίσωση μίας καμπύλης που περνάει από δεδομένο αριθμό σημείων Ελβετία

18 Ορίζουσες Bezout (1764) Γαλλία Vandermonde (1771) Laplace (1772) Γαλλία (διακρίνουσα=ορίζουσα)

19 Ο Maclaurin έγραψε το 1730 την «πραγματεία της άλεβρας». Αυτή εκδόθηκε το 1748 και περιέχει τα πρώτα δημοσιευμένα αποτελέσματα πάνω στις ορίζουσες Σκωτία

20 Gauss Γερμανία Το 1801 στην εργασία του Disquisitiones arithmeticae εξετάζει τετραγωνικές μορφές και εισάγει τον όρο «ορίζουσα». Γράφει τους συντελεστές μίας τετραγωνικής μορφής σε τετράγωνους πίνακες, περιγράφει τον πολλαπλασιασμό πινάκων ως σύνθεση συναρτήσεων μορφών, και αντιστρόφους. Χρησιμοποιεί τη μέθοδο απαλοιφής για τη μελέτη της τροχιάς του αστεροειδούς Αθηνά, σε ένα σύστημα με 6 εξισώσεις και 6 αγνώστους.

21 Cauchy ορίζουσα θεώρημα πολλαπλασιασμού (1812) όρο «πίνακα» (array) (1826) ιδιοτιμές διαγωνιοποίηση πινάκων. ιδιότητες ομοίων πινάκων Γαλλία

22 Jacobi (1841) Kronecker (1850) Weierstrass (1860)

23 Cayley και Sylvester Μαθηματικοί και Δικηγόροι Ο όρος «matrix» (μητρώο) πρωτοεισήχθηκε από τον Sylvester to Cayley είχε δημοσιεύσεις στο θέμα των οριζουσών από το Το 1858 αφού συνάντησε τον Sylvester δημοσίευσε το «Μνημόνιο στη θεωρία των πινάκων»

24 Sylvester Cayley

25 O Cayley εισήγαγε τον συμβολισμό Α για την ορίζουσα του Α. Συνένωσε τα προηγούμενα αποτελέσματα. Όρισε την άλγεβρα των πινάκων ορίζοντας την πρόσθεση, τον πολλαπλασιασμό, τον σκαλιανό πολλαπλασιασμό και τα αντίστροφους πινάκων. Απέδειξε ότι οι 2x2 πίνακες ικανοποιούν την χαρακτηριστική εξίσωση και το έλεγξε για 3x3.

26 Frobenius Γερμανία Βαθμίδα πίνακα (1878) Κάθε πίνακας ικανοποιεί την χαρακτηριστική του εξίσωση (1878) Το μετονόμασε Θεώρημα των Cayley Hamilton αφού διάβασε το βιβλίο του Cayley (1896)

27 Το 1903 μετά τον θάνατό των Weierstrass και Kronecker δημοσιεύτηκαν δύο εργασίες τους που έθεταν την θεωρία των οριζουσών σε αξιωματική βάση.

28 Διανυσματικοί α χώροι Cayley (1843 διάσταση) Hamilton (1843: τετράδες του Hamilton όρο δά διάνυσμα) )

29 Grassman (1844) Εννοιες n-διάστατου διανυσματικού χώρου Υποχώρου Βάσης Διάστασης Γραμμικού μετασχηματισμού

30 Ο Peano το 1888 επηρεάστηκε από τον Grassman και έδωσε τον αξιωματικό ορισμό διανυσματικού χώρου πάνω από τους πραγματικούς και απέδειξε διάφορα θεωρήματα για τη διάσταση. Όμως οι ιδέες του δεν έγιναν άμεσα αποδεκτές Ιταλία

31 Διανυσματικοί Χώροι Weyl (1918) Θεωρία της σχετικότητας, (δ.χ. χ στην γεωμετρία) Γερμανία Banach (1920) μοντέρνα μορφή, (δ.χ. στην ανάλυση) Αυστρία

32 Διανυσματικοί Χώροι Emmy Noether 1921 (δ.χ. στην άλγεβρα)

33 Διανυσματικοί Χώροι Van der Waerden (επηρεασμένος από Noether) Συγγραφέας του περίφημου Modern Algebra (1930): κεφάλαιο με τίτλο Linear Algebra, όπου ο όρος χρησιμοποιείται όπως και σήμερα Ολλανδία

34 Ίσως το πρώτο «μοντέρνο» διδακτικό βιβλίο προπτυχιακής γραμμικής άλγεβρας (?) Mirsky «An introduction i to linear algebra»

35

36 23/03/ /04/1935 4

37 Το όνομά της Emmy Noether συγκαταλέγεται ανάμεσα σε αυτά των σπουδαιότερων μαθηματικών των σύγχρονων χρόνων. Στην Noether οφείλουμε μία από τις πιο σημαντικές αρχές της μαθηματικής φυσικής και θεμελιώδεις καινοτομίες της «αφηρημένης» Άλγεβρας που επηρεάζουν τους άλλους κλάδους των μαθηματικών.

38

39 Στα μαθηματικά το όνομά της είναι γνωστό άρρηκτα συνδεδεμένο με την άλγεβρα και με τους δακτυλίους της. «Στον κόσμο της άλγεβρας με την οποία ασχολούνται εδώ και αιώνες οι πιο προικισμένοι μαθηματικοί, (η Noether) ανακάλυψε μεθόδους που αποδείχτηκαν τεράστιας σημασίας... Τα καθαρά μαθηματικά με τον δικό τους τρόπο είναι η ποίηση των ιδεών της λογικής... Σε αυτήν την προσπάθεια κατάκτησης της ομορφιάς της λογικής, έχουν ανακαλυφθεί τύποι του πνεύματος, τύποι αναγκαίοι για την βαθύτερη διείσδυση στους νόμους της φύσης.» Albert Einstein, in a tribute to Emmy Noether, New York Times, 1935

40 Klein Hilbert Einstein

41 «Έλαβα χτες μια πολύ ενδιαφέρουσα εργασία από την Δεσποινίδα Noether για αναλλοίωτες συστημάτων. Έχω εντυπωσιασθεί ότι τέτοια πράγματα μπορούν να γίνουν κατανοητά με τέτοιο γενικό τρόπο. Η παλιά φρουρά στο Göttingen μπορεί να μάθει πολλά από την Δεσποινίδα Noether!»

42 Νέος κλάδος: «μοντέρνα» άλγεβρα Προσδιορισμός των ιδιοτήτων των συστημάτων που αποκτούν δομή ως προς κάποιες πράξεις. «αλγεβρικές δομές»: ομάδες, δακτύλιοι, άλγεβρες, modules--- γενικοί κανόνες οδηγούν σε γενικά συμπεράσματα Το καινοτόμο που εισήγαγε η Noether είναι να ανακαλύπτει το μέγιστο που θα μπορούσε κάποιος να συμπεράνει από κάποιο σύνολο ιδιοτήτων ή αντίστροφα να προσδιορίζει το ελάχιστο σύνολο των αναγκαίων ιδιοτήτων που ευθύνονται για κάποια συμπεριφορά.

43 «Για Γ την Emmy Noether οι σχέσεις ανάμεσα στους αριθμούς, τις συναρτήσεις και πράξεις γίνονταν σαφείς, ικανές για γενικεύσεις και παραγωγικές μόνο όταν τις αποσυνέδεε από τα συγκεκριμένα αντικείμενα όπου είχαν στηριχθεί και όταν τις είχε ανάγει σε γενικές εννοιολογικές σχέσεις... Van der Waerden Η μαθηματική της πρωτοτυπία δεν μπορεί να συγκριθεί με κανενός άλλου.»

44 Ήταν η Εmmy που μας δίδαξε πως να σκεφτόμαστε με απλές και γενικές μαθηματικές έννοιες, για ομομορφισμούς ομάδες και δακτυλίους με πράξεις, ιδεώδη... θεωρήματα όπως τα «θεωρήματα των ομομορφισμών και ισομορφισμών», έννοιες όπως η αύξουσα και φθίνουσα συνθήκη σε αλυσίδες υποομάδων και ιδεωδών όλα αυτά πρωτοεισήχθηκαν από την Emmy Noether και έχουν μπει στη καθημερινή πρακτική όλων των μαθηματικών κλάδων... αρκεί να δει κανείς τη δουλειά του Pontryagin σε συνεχόμενες ομάδες, του Kolmogorov στην συνδυαστική τοπολογία, την δουλειά του Hopf στις συνεχείς συναρτήσεις κλπ για να νοιώσει την επιρροή των ιδεών της Emmy Noether η στο βιβλίο του Weyl Alexandrov

45 «Η αφηρημένη άλγεβρα ξεκινά με την δημοσίευση δύο εργασιών της Noether, η πρώτη εργασία από κοινού με τον Schmeidler, η δεύτερη η μνημειώδης της εργασία στη θεωρία των ιδεωδών μπορεί να θεωρηθεί θ ως η πρώτη εργασία στον πλατύ τομέα της αντιμεταθετικής θεωρίας δακτυλίων.» Jacobson

46 «Η θεωρία των μη αντιμεταθετικών αλγεβρών και αναπαραστάσεων δομήθηκε από την Emmy Noether με έναν νέο, ενωμένο, καθαρά εννοιολογικό τρόπο, κάνοντας χρήση όλων των αποτελεσμάτων που είχαν συγκεντρωθεί από τις ιδιοφυείς εργασίες δεκαετιών των Frobenius, Dickson, Wdd Wedderburn και άλλων.» Weyl

47 Προς τιμήν της: Δακτύλιοι και ομάδες της Noether. Οι ιδέες της Noether εξελίχθηκαν στον κλάδο της Θεωρίας Κατηγοριών Και οι παρατηρήσεις της οδήγησαν στην δημιουργία του κλάδου της αλγεβρικής τοπολογίας

48 Τιμητικές Διακρίσεις 1907 Διδακτορικό summa cum laude, Erlangen 1908 μέλοςτου Circolo mathematico di Palermo 1909 μέλος της Deutsche Mathematiker Vereinigung (γερμανική μαθηματική εταιρία) 1932 βραβείοalfred Ackermann Teubner Memorial Prize for the Advancement of Mathematical Knowledge (μαζί με τον Artin) 500 Reichsmarks (περίπου 120 ευρώ σήμερα...) ) 1932 Ομιλία στο Διεθνές συνέδριο των Μαθηματικών Zurich International Congress of Mathematicians, 21 ομιλητές και 420 σύνεδροι (πρώτη φορά γυναίκα ομιλήτρια η επόμενη φορά ήτανε το 1990 στο Kyoto)

49 Εκδότης του Mathematische Annalen

50 Ακαδημαϊκές θέσεις λέκτορας στο Πανεπιστήμιο του Erlangen (χωρίς πληρωμή). Επίσης είναι υπεύθυνη και μέντορας δύο διδακτορικών φοιτητών μέλος της ερευνητικής ομάδας του Hilbert στο Πανεπιστήμιο του Göttingen και στο διάστημα είναι και λέκτορας (χωρίς πληρωμή) 1919 Privatdozent (λέκτορας ομιλητής που επιτρέπεται να πάρει δίδακτρα από σπουδαστές αλλά όχι από το πανεπιστήμιο) Πανεπιστήμιο του Göttingen nicht-beamteter ausserordentlicher Professor (έκτακτη Καθηγήτρια χωρίς μονιμότητα), χωρίς μισθό,) Πανεπιστήμιο του Göttingen Lehrauftrag για άλγεβρα με έναν μικρό μισθό (χωρίς προνόμια σύνταξης, ιατρικής ασφάλισης) ( ο πρώτος και μοναδικός μισθός που έλαβε ποτέ από το Göttingen) Επισκέπτης Καθηγητής, Bryn Mawr College.

51 Εκπαίδευση 1903 Reifeprüfung, Königliches Realgymnasium, (πτυχίου γυμνασίου ) Nuremburg 1907 Διδακτορικό στα Μαθηματικά, Πανεπιστήμιο του Erlangen 1919 habilitation, (υφηγεσία ) Πανεπιστήμιο του Göttingen

52 Erlangen Paul Gordan Ο βασιλιάς των αναλλοίωτων Max Noether

53 Η διατριβή της Noether «Πλήρη συστήματα σταθερών για τις τριαδικές διτετραγωνικές μορφές» Ernst Fischer «η η ζούγκλα των εξισώσεων»

54 οι 3 εποχές του έργου της: Göttingen 1. Εποχή της σχετικής εξάρτησης: Εποχή έρευνας για την γενικευμένη θεωρία των ιδεωδών Εποχή μελέτης των μη αντιμεταθετικών αλγεβρών, των αναπαραστάσεων τους με γραμμικές συναρτήσεις και αντιμεταθετικά τοπικά σώματα

55 Κρατικό Πανεπιστήμιο Μόσχας, 1929 (Εβραία, Γυναίκα, και ειρηνίστρια) Ζυρίχη, 1932 Το Κολλέγιο του Bryn Mawr, ΗΠΑ

56 Ο κύκλος των μαθητών της: «Τα Τ αγόρια της Noether» η Noether ως μέντορας, γενναιοδωρία ιδεών, διορατικότητα

57 το παρατσούκλι «Der Noether» ως ένδειξη σεβασμού προσωπικότητα πληθωρική, δεν νοιαζόταν για την εμφάνισή της ή για τους τρόπους της

58

59

60 Ο Weyl στον επικήδειό της είπε τα εξής: «Ήταν γεροδεμένη με δυνατή φωνή και συχνά ασυναγώνιστη στο χορό...η ειλικρίνειά της δεν ήταν ποτέ προσβλητική. Στην καθημερινή της ζωή, ήταν εντελώς ανεπιτήδευτη και ανιδιοτελής. Διέθετε ευγενικό και φιλικό χαρακτήρα. Παρά ταύτα απολάμβανε την εκτίμηση που της έδειχναν όλοι. Απαντούσε με ένα ντροπαλό χαμόγελο, σαν κοπελίτσα σε όποιον της ψιθύριζε κάποια φιλοφρόνηση... Διέθετε σπάνιο χιούμορ και αίσθηση κοινωνικότητας. Ένα τσάι στο διαμέρισμά της μπορούσε να είναι μία άκρως απολαυστική εμπειρία.»

61 «Οι προσπάθειες των περισσότερων ανθρώπων εστιάζονται στην κατάκτηση του καθημερινού επιούσιου. Η πλειοψηφία αυτών που είτε από τύχη είτε χάρις σε κάποιο ταλέντο δεν έχουν ανάγκη αυτόν τον καθημερινό αγώνα, αναλώνεται στη προσπάθεια μεγιστοποίησης των υλικών αγαθών... Υπάρχει, ευτυχώς, μια μειονότητα που αναγνωρίζει νωρίς ότι οι ομορφότερες και πιο γεμάτες στιγμές που μπορεί να νοιώσει ο άνθρωπος δεν προέρχονται από εξωτερικούς παράγοντες, αλλά συνδέονται με την καλλιέργεια των συναισθημάτων, των πράξεων και των σκέψεων τους. Οι γνήσιοι καλλιτέχνες, οι ερευνητές και οι άνθρωπο της σκέψης ανήκουν εξ ανέκαθεν σε αυτή τη κατηγορία. Όσο σεμνή και να είναι η πορεία της ζωής αυτών των ατόμων οι καρποί των προσπαθειών τους είναι οι πολυτιμότερες συνεισφορές που μια γενεά μπορεί να κάνει στους διαδόχους της...

62 Λίγες μέρες νωρίτερα μία διακεκριμένη μαθηματικός, η Καθηγήτρια Emmy Noether,,πέθανε στο πεντηκοστό τρίτο έτος της ηλικίας της. Κατά την κρίση των ικανότερων εν ζωή μαθηματικών, η Δις Noether ήταν η πιο σημαντική δημιουργική μαθηματική ιδιοφυία που γνωρίσαμε από τότε που άρχισε η ανώτερη εκπαίδευση των γυναικών έως τώρα...» Einstein