问题

自学交换代数(atiyah),却无能力自己证明书中的很多定理,是否表明完全不具备继续学习数学的潜力?

回答
问出这个问题,说明你对交换代数这个领域有深入探索的渴望,同时也对自己的学习能力产生了真实的困惑。这是一种非常普遍的现象,尤其是在学习像《代数》(Atiyah & Macdonald)这样经典但难度颇高的教材时。

首先,请允许我明确地告诉你:不能证明书中的很多定理,这绝不意味着你完全不具备继续学习数学的潜力。 恰恰相反,这很可能表明你正在经历一个极其宝贵的学习过程,一个许多顶尖数学家都曾走过的、充满挑战但最终受益匪浅的阶段。

让我们来细致地分析一下这个问题,并尝试消除那些让你感到沮丧的“AI痕迹”:

1. 交换代数(Atiyah)的“难度”:是普遍现象,不是你的“缺陷”

《代数》这本书,即使是对于有经验的数学家来说,也不是一本“轻松读物”。它的难度体现在几个方面:

抽象性: 交换代数处理的是抽象的概念,比如环、模、理想、完备化等等。这些概念本身就需要时间去消化和建立直观的理解。它们不像初等几何那样有具体的图形对应,更多的是逻辑和结构上的思考。
精炼性: Atiyah和Macdonald的写作风格以其精炼和严谨著称。每一个定义、每一个定理都力求简洁,信息量巨大。这种风格对于数学家来说是高效的,但对于初学者来说,意味着可能需要反复阅读,甚至需要“拆解”作者的思路。
“默认知识”: 任何一本高级数学教材,都会或多或少地假设读者已经掌握了一定的基础知识。这些“默认知识”可能包括集合论、初等群论、甚至是某些基础拓扑学的概念。如果你在这些基础方面有所欠缺,自然会影响到对后续内容的理解和定理的证明。
证明的“跳跃”: 有些定理的证明,作者可能会省略一些显而易见的中间步骤,或者依赖于一些“标准技巧”或“常见方法”。这些“显而易见”或“标准”对于一个刚接触这个领域的学习者来说,可能正是最大的障碍。

所以,你遇到的“无能力自己证明很多定理”的情况,是一个极其普遍的“学习高原期”。它不代表你的智力或潜力有问题,而是在于你正在接触一个非常具有挑战性的学科领域,并且使用的是一本高强度的学习材料。

2. 证明定理的“过程”:是理解的必经之路

“能够证明定理”是检验数学理解的一个重要标准,但它不是唯一的标准,也不是学习的起点。在《代数》的学习过程中,证明定理应该是这样一个循环往复、螺旋上升的过程:

阅读和理解: 首先,你需要仔细阅读定理的陈述,确保理解每一个术语的含义,以及定理想要表达的核心思想。
思考证明的思路: 阅读作者的证明,尝试理解每一步的逻辑。然后,试着合上书,回忆这个证明的“骨架”,你能否复述出主要的思路和关键的转折点?
“拆解”证明: 当你卡住时,不要害怕。把证明分成小块,看看是哪一个小的逻辑步骤让你感到困惑。是某个定义没有理解透彻?是某个代数技巧不熟悉?还是某个逻辑推理不清晰?
主动尝试: 在理解了证明的思路后,尝试着自己动手写一遍。即使写得磕磕巴巴,即使需要频繁查阅,这个“写”的过程本身就是在加深你的理解。这就像学习写一篇文章,一开始可能会模仿,会参考,但最终是为了形成自己的表达方式。
寻求帮助/参考: 如果实在无法理解,可以查找其他的证明方法,阅读相关的参考书,或者与他人讨论。不同的解释方式可能会为你打开思路。

你现在遇到的情况,很可能是在“阅读和理解”以及“思考证明的思路”这两个环节遇到了瓶颈。这恰恰说明,你需要放慢脚步,更加深入地去“磨”这些定理的证明,而不是急于求成。

3. 潜力的体现:不仅仅在于“证明”

数学的潜力,体现在很多方面,而不仅仅是“独立证明定理”的能力:

好奇心和求知欲: 你选择了自学交换代数,这本身就说明你有强烈的好奇心和求知欲,这是学习任何领域的原动力。
坚持和毅力: 面对困难不放弃,愿意花时间去钻研,这种坚持本身就是巨大的潜力。很多人在这种困难面前就会知难而退。
逻辑思考能力: 即使不能立刻证明,你在阅读和理解定理时,也在训练你的逻辑思考能力。你对“为什么”的追问,就是在锻炼这种能力。
发现问题的能力: 你能意识到自己“无能力证明”,这说明你对自己学习状态有清晰的认知,并且能发现学习中的问题。发现问题是解决问题的第一步。
建立联系的能力: 随着学习的深入,你会开始在不同的定理、不同的概念之间建立联系。这种“融会贯通”的能力,是更高层次的理解,也是潜力的重要体现。

4. 如何“突破”瓶颈,并发现自己的潜力?

如果你感到沮丧,并且想知道如何继续,这里有一些具体的建议:

调整预期,放慢节奏: 《代数》不是一本你可以在短时间内“刷完”的书。给它足够的时间,允许自己花一周甚至更久去理解一个章节。
“慢读”和“精读”: 遇到一个定理,不要急着看证明。先仔细阅读陈述,思考它意味着什么。试着举一些简单的例子。然后,再去看证明,逐行逐句地理解。
动手计算和构造: 交换代数中有很多关于理想、因子、模的运算和构造。多动手做练习题,多尝试自己构造一些具体的例子,这会帮助你建立直观的感受。
多看不同的讲解: 如果Atiyah的讲解让你感到晦涩,不妨找找有没有其他的教材或在线资源对同一概念有更易懂的解释。例如,Fisher的《交换代数导引》或Larsen & McCarthy的《代数》可能会提供不同的视角。
专注于“为什么”: 在理解证明时,不要只关注“怎么做的”,更要关注“为什么这么做”。这个技巧的灵感来源于哪里?这个步骤解决了什么问题?
建立“类比”和“直觉”: 尝试将抽象的概念与你熟悉的其他数学领域(如果可能)联系起来,或者构建一些直观的“模型”来帮助理解。
找到学习伙伴或交流平台: 加入一些数学学习的论坛、QQ群或微信群,与其他学习者交流你的困惑。有时,别人的问题和解答会给你启发。
不要害怕“偷看”: 对于一些关键的证明,如果实在卡住,可以先“偷看”一眼关键步骤,然后再努力填补中间的空白。重要的是最终理解。
回顾基础: 如果你发现某个定理的证明依赖于你之前没掌握好的概念,停下来,花时间复习这些基础概念。

总结一下:

你现在所经历的,是一个学习硬核数学过程中普遍存在的“爬坡”阶段。你感受到的困惑,恰恰是你投入和思考的体现。千万不要因此否定自己的潜力。数学学习从来都不是一条平坦的道路,而是由无数次的摔倒、思考、爬起和前进组成。

你的好奇心、你的坚持、你对问题的敏锐度,这些都是宝贵的数学潜力的证明。继续下去,放慢脚步,深化你的理解,你会发现,那些曾经让你头疼的定理,终将成为你知识体系中坚实的一部分。而更重要的是,你在这个过程中获得的思考方式和解决问题的能力,将是你最宝贵的财富。

网友意见

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相信大家也和我们遇到过同样的问题:如果完全不知道所学东西的目的,我们该怎么学?

当然是要去尽量了解它的动机和来源,我们可以去看别人的notes,或者Wikipedia,而此时是不用在意过多细节的。

大家都知道交换代数是为代数数论和代数几何服务的,我们列举两个最简单的例子:

  1. 譬如第1章主要是环论,习题里有大量关于Zariski topology的练习,然而你要真的搞清楚 上的Zariski topology有什么几何意义,就不是totally trivial了。你可以学习一下古典代数几何最基础的内容:在affine space ( 是代数闭域)上有一个Zariski topology,它的闭集形如 。Hilbert's Nullstenllensatz (weak form)是说:

affine space 中的极大理想

其简单的推论:

中的 坐标环 的极大理想

如果我们记 为环 中极大理想理想的全体,那么Hilbert's Nullstenllensatz告诉我们,要研究几何对象代数簇affine variety ,本质上是研究代数对象 。如果你还了解一些sheaf的语言,那么你就会发现,代数簇 上的sheaf of regular functions 实际可以变成sheaf of rings on ,记作 。那么affine variety 实际上就是locally ringed space ,我们得到category of affine variety over ,记作 。我们容易证明:坐标环 是一个reduced finitely generated - algebra,任何一个reduced finitely generated - algebra都是某个affine variety 的坐标环。然后经过一些努力,我们会发现范畴等价

affine variety over reduced finitely generated - algebra

我们希望推广这个范畴等价:把 reduced finitely generated - algebra换成任意的交换环 ,那么这个时候,左边的范畴即affine schemes的范畴,其对象是 。其中一个关键的问题在于, 与 相比,多了不少点,因为素理想总是要比极大理想多。


2. 再比如第5,9章,讲到integral closed domain,Dedekind domain。实际上,代数数论中我们会用到一类性质很好的环,即Dedekind domain,其中的理想有唯一素理想分解。具体来说,假设 是一个数域,那么 在 中的integral closure 是一个Dedekind domain,譬如对于任何一个素数 , 是唯一分解, 是 中的素理想。研究 的分解的一小部分动机来于解不定方程,例如

有整数解

形如 这样的方程有很多,其解决办法都是考虑 在“更大”的环中怎么分解,而这就由 的算术性质决定了。

至于剩下的很多内容,就有更多的几何意义了,我们不打算再叙述更多代数几何的知识(我们会在专栏里写文章),而是建议题主不妨带着问题去念书,比如说:

  • Chapter 11 Dimension Theory 究竟是怎么和几何对象的dimension联系起来的?
  • Chapter 10 Completion 在数论和几何中的例子是什么?
  • Chapter 2,3中一系列概念—tensor product,flatness,localization的几何意义是什么?

证明和做题可以让你获得满足感,甚至骄傲感,但可能不会让你理解定理的含义,为了理解更要去思考背后的目的,找到直觉。

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