Алгебра, 1 семестр, лекции, мехмат МГУ, 101-107 группа, осенний семестр 2025/2026
1) 04.09.2023. Организационные вопросы. Матрицы, сложение матриц и умножение на число. Декартово произведение множеств. Векторные пространства. Примеры: функции, направленные отрезки, матрицы фиксированного размера.
Упражнение. Вывести аксиомы 4-8 векторного пространства для матриц из свойств вещественных чисел.
Умножение матриц. Символ Кронекера. Единичная матрица.
Упражнение. Пусть A - матрица размера m x n. Обозначим через E_n единичную матрицу размера n x n. Доказать, что A E_n = A.
Некоммутативность умножения матриц.
2) 08.09.2023. Арифметическое векторное пространство R^n.
Упражнение. Из свойств вещественных чисел вывести, что
A(C+D)=AC+AD,
(A+B)C=AC+BC,
(\lambda A) C=A(\lambda C)=\lambda(AC),
где A,B,C,D - матрицы соответствующих размеров, а \lambda - вещественное число.
Перестановочность символов конечного суммирования. Ассоциативность умножения матриц. Метод математической индукции (напоминание). Вывод обобщённой ассоциативности из обычной. Транспонирование матриц.
Упражнение: (A+B)^T = A^T+B^T,
(\alpha A)^T = \alpha A^T,
(AB)^T = B^T A^T.
Метод Гаусса решения систем линейных уравнений (с.л.у.). Элементарные преобразования. Ступенчатый и улучшенный ступенчатый вид. Лидеры. Главные и свободные неизвестные. Экзотические уравнения. Наличие нетривиального решения у однородной с.л.у., у которой число уравнений больше числа неизвестных.
3) 15.09.2025. Равенство 0v=0. Линейная зависимость и её свойства. Основная лемма о линейной зависимости. Базис множества векторов. Существование базиса у множества, которое выражается через конечное число векторов. Подпространство. Линейная оболочка. Базис и размерность подпространства. Корректность определения. Стандартный базис в R^n. Матричные единицы - базис в пространстве матриц. Умножение матричных единиц.
4) 18.09.2025. Биекция. Обратное отображение. Композиция (=произведение, суперпозиция) отображений.
Упражнение. Докажите, что отображение является биекцией, если и только если к нему существует обратное.
Линейные отображения.
Упражнение. Отображение, обратное к линейному биективному отображению также является линейным, т.е. является изоморфизмом векторных пространств.
Упражнение. Композиция линейных отображений линейна.
Изоморфизм любого n-мерного векторного пространства пространству R^n. Строчный и столбцовый ранги матрицы. Их совпадение (1-я часть теоремы о ранге). Ранг матрицы. Вычисление ранга через приведение матрицы к ступенчатому виду. Метод Жордана-Гаусса. Фундаментальная система решений однородной с.л.у. Размерность пространства решений однородной с.л.у. Структура множества решений с.л.у.
5) 22.09.2025. Ранг транспонированной матрицы. Теорема Кронекера - Капелли. Оценка сверху на ранг произведения матриц. Умножение блочных матриц. Подстановки и перестановки. Группа. Примеры групп. Единственность нейтрального и обратных элементов. Циклы и транспозиции.
Литература.
Кострикин А.И. Введение в алгебру.
Курош А.Г. Курс высшей алгебры.
Винберг Э.Б. Курс алгебры.
Ван дер Варден Б.Л. Алгебра. (Очень хорошая и интересная книга, можно просто взять и читать, не отрываясь, но терминология достаточно архаичная: например, факторкольцо называется кольцом классов вычетов.)