问题

有哪些适合初学微分几何,抽象代数,群论的note或者教材?

回答
好的,很高兴为你推荐一些适合入门微分几何、抽象代数和群论的教材和笔记。我将尽量详细地介绍它们各自的特点、优缺点,以及适合的读者群体,希望能帮助你找到最合适的学习路径。

在开始之前,请记住一个重要的学习原则:学习数学,尤其是这些相对“抽象”的领域,光看不练是远远不够的。 一定要动手做题,尝试理解证明的每一个细节,甚至尝试自己重新推导。遇到不懂的地方,不要害怕,多查阅资料,多思考,或者寻求帮助。



微分几何 (Differential Geometry)

微分几何是研究光滑流形及其上几何性质的数学分支。它连接了代数、拓扑和分析,在物理学(如广义相对论、弦理论)和计算机科学(如计算机图形学、机器人学)中有着广泛应用。对于初学者来说,它可能是一个比较有挑战性的领域,因为需要同时掌握微积分、线性代数以及一些更抽象的概念。

推荐教材与笔记:

1. 《Introduction to Differential Geometry》 by Bernard Schutz

特点与内容: 这本书是许多人心目中的经典入门教材,特别适合物理背景的学生,但数学系的初学者也能从中受益匪浅。它从更物理和直观的角度出发,强调几何概念和张量分析。它从一开始就介绍了微分形式和外微分,这对于后续学习非常重要。
适合读者: 对物理应用有兴趣,或者喜欢从更直观、几何的角度理解概念的学生。如果你已经熟悉了微积分和基本的线性代数,可以尝试这本书。
优点:
从几何和物理直观出发,更容易建立对流形和曲率的理解。
语言相对清晰易懂,对初学者比较友好。
覆盖了黎曼几何的基本要素,为更深入的学习打下坚实基础。
包含了一些关于广义相对论的初步介绍,增加了学习的趣味性。
缺点:
对于纯粹数学背景的学生,可能觉得在严格性和理论深度上略有不足(但作为入门已足够)。
习题的难度分布可能有些不均。
笔记/补充: Schutz的书本身就是一本很好的笔记。如果你想补充,可以参考一些大学的微分几何课程讲义,它们往往会更侧重于数学的严谨性。

2. 《Elementary Differential Geometry》 by Barrett O'Neill

特点与内容: 这本书是另一本非常受欢迎的入门教材,它侧重于曲线和曲面的微分几何,是学习更一般流形几何的“热身”。它从欧几里得空间中的曲线和曲面出发,介绍了曲率、法向量、测地线等基本概念。
适合读者: 希望扎实掌握曲线和曲面几何,再过渡到更高维流形的学习者。数学基础相对扎实,喜欢从具体例子入手理解概念的学生。
优点:
从二维曲面开始,非常直观,容易建立空间想象能力。
对曲线和曲面的曲率、法向量等概念讲解透彻。
证明清晰严谨,数学上比较可靠。
包含大量的例子和习题,有助于巩固理解。
缺点:
对于直接学习抽象流形几何,其内容可能略显“初级”或“具体”。
对微分形式和张量的介绍可能不如Schutz的书那么早和深入。
笔记/补充: O'Neill的书本身非常详细,可以作为一本不错的参考书。一些教授在教授这本书时会制作补充讲义,可以搜索看看。

3. 在线课程讲义(例如:MIT OpenCourseware, Stanford, Princeton 等)

特点与内容: 许多顶尖大学的数学系和物理系都提供公开的微分几何课程,并将其讲义放在网上。这些讲义通常会根据教授的风格和侧重点有所不同,有些偏向理论,有些偏向应用。
适合读者: 喜欢通过多种来源学习,或者想了解不同教授讲解风格的学生。也适合作为对Schutz或O'Neill的补充。
优点:
免费且易于获取。
内容更新,可能包含最新的研究方向的入门介绍。
可以接触到不同的讲解方式和侧重点。
缺点:
质量参差不齐,需要自己筛选。
可能缺乏系统性,需要自己整理学习脉络。
不一定包含习题和解答。

学习建议:

循序渐进: 先从O'Neill或Schutz入手,打好曲线曲面几何的基础。
多做习题: 这是理解数学概念的关键。
结合物理背景(如果可能): 如果你对物理感兴趣,尝试理解广义相对论等应用,这会增加学习动力。
熟悉微积分和线性代数: 在学习微分几何之前,确保你对多变量微积分(方向导数、梯度、散度、旋度、隐函数定理、反函数定理)和线性代数(向量空间、线性变换、矩阵、内积)有扎实的掌握。



抽象代数 (Abstract Algebra)

抽象代数是研究代数结构(如群、环、域、模等)的数学分支。它以公理化和抽象化的方式,揭示了数学中许多貌似无关的概念之间的深刻联系。学习抽象代数能够培养严谨的逻辑思维和抽象推理能力。

推荐教材与笔记:

1. 《Abstract Algebra》 by David S. Dummit and Richard M. Foote

特点与内容: 这本书是公认的“圣经”级抽象代数教材。它内容极其丰富,覆盖了从基础概念到前沿研究的几乎所有重要内容,包括群论、环论、域论、模论、表示论等。它的深度和广度非常适合作为研究生级别的教材,但其开篇部分也足以作为本科生的入门教材。
适合读者: 数学专业学生,或者对数学有浓厚兴趣,希望系统深入学习抽象代数,并为后续深入研究打下坚实基础的读者。
优点:
内容全面、权威、严谨。
例题丰富,习题量大且有一定深度,非常适合反复钻研。
对抽象概念的解释清晰,逐步引导读者理解。
包含了许多重要的定理和证明的详细推导。
对于研究型数学学习者来说,它提供了宝贵的参考信息。
缺点:
过于厚重,对于初学者来说可能有点吓人,需要有耐心和毅力。
部分内容可能超出初学者的理解范围,需要有选择性地阅读。
习题的难度跨度较大,部分习题需要相当的思考。
笔记/补充: 由于其权威性,通常不需要额外的笔记。但如果觉得内容太多,可以先专注于群论部分。

2. 《A First Course in Abstract Algebra》 by John B. Fraleigh

特点与内容: 这本书是另一本非常经典的本科生入门教材。它内容比Dummit & Foote要简洁一些,更侧重于概念的清晰讲解和循序渐进的引入。它也覆盖了群、环、域等核心内容。
适合读者: 大多数数学专业本科生,或者希望从一个相对温和、易于理解的角度入门抽象代数的读者。
优点:
结构清晰,语言平实,非常适合初学者。
例题和习题设计得当,能够有效地帮助理解概念。
逐步深入,不会一开始就让读者感到不知所措。
对于打下抽象代数的基础非常有效。
缺点:
在深度和广度上不及Dummit & Foote,对于希望深入研究的读者可能需要后续补充。
一些更高级的主题可能没有涉及或涉及较少。
笔记/补充: Fraleigh的书本身是一本非常好的“笔记”。如果想补充,可以找一些教授的在线课程讲义,特别是那些侧重于概念理解和几何直观的。

3. 《Contemporary Abstract Algebra》 by Joseph Gallian

特点与内容: 这本书以其生动的语言和丰富的应用示例而闻名,它试图让抽象代数变得更“有趣”。它在讲解基础概念的同时,引入了许多来自科学、密码学等领域的例子,增加了学习的趣味性和实用性。
适合读者: 希望在学习抽象代数的同时,了解其在实际中的应用,或者对传统教材的讲解方式感到有些枯燥的读者。
优点:
语言活泼,容易吸引人。
应用示例丰富,有助于理解抽象概念的意义。
习题设计也更具启发性。
对于培养学习兴趣非常有效。
缺点:
对于追求极致严谨和理论深度的读者来说,可能觉得在“纯粹性”上有所不足。
在某些高级主题的处理上可能不够深入。
笔记/补充: Gallian的书本身就是一本非常好的“笔记”。你可以参考一些大学的代数课程,看看他们是如何组织教学的。

学习建议:

选择一本合适的入门教材: Fraleigh或Gallian是很好的起点。如果你有信心,也可以直接挑战Dummit & Foote,但要做好心理准备。
熟练掌握基本概念: 群、子群、陪集、正规子群、商群、同态、同构,以及环和域的基本概念和性质是学习的核心。
多做习题: 抽象代数对逻辑推理要求极高,做题是检验理解和提高能力的不二法门。
理解定理的证明: 尝试自己复述或重写定理证明,理解每一个步骤的逻辑链条。
不要害怕抽象: 抽象是数学的语言,尝试去理解和欣赏这种抽象之美。



群论 (Group Theory)

群论是抽象代数的一个重要分支,专门研究群的结构和性质。群是数学中最基本的代数结构之一,在数学的各个分支以及物理学、化学、密码学等领域都有着广泛的应用。

推荐教材与笔记:

1. 《A Course on Group Theory》 by John B. Rotman

特点与内容: 这本书是专门为群论设计的优秀教材。它从群论最基础的概念开始,逐步深入到有限群、无限群、表示论等更高级的主题。它在内容组织和深度上都非常适合作为一本独立的群论教材。
适合读者: 对群论本身有浓厚兴趣,或者在学习抽象代数时希望更深入地钻研群论部分的读者。
优点:
内容组织非常合理,从基础到高级循序渐进。
对群论的核心概念讲解透彻,包括群的结构、同态、子群、正规子群、Sylow定理、自由群等。
习题质量很高,很多习题都能帮助加深对概念的理解。
数学严谨性很高。
缺点:
相比Fraleigh的抽象代数,它可能对初学者来说稍显不够“友好”或“直观”,需要一定的数学基础。
篇幅也比较可观。
笔记/补充: Rotman的书本身就是一本非常好的参考书和学习笔记。

2. 《Groups and Symmetry: A Guide to Modern Crystallography》 by David Wells

特点与内容: 这本书的视角非常独特,它从对称性的角度来介绍群论,特别是将群论与晶体学紧密结合。它以一种非常直观的方式展示了群的对称性概念,对于初学者理解群的几何意义非常有帮助。
适合读者: 对群论在几何和应用(特别是晶体学)中的作用感兴趣的读者。也适合那些觉得纯粹抽象描述难以理解的学生。
优点:
通过对称性这个具体概念切入群论,非常直观易懂。
将抽象的群论概念与具体的晶体结构联系起来,增强了学习的兴趣和应用感。
语言通俗易懂,适合作为“非数学专业”但对群论感兴趣的读者的入门教材。
缺点:
在理论深度和覆盖范围上,不如Rotman或Dummit & Foote中的群论部分。
对于纯粹的数学研究可能不够充分。
笔记/补充: Wells的书本身就是一本很好的入门笔记。

3. Dummit & Foote 的群论部分

特点与内容: 如前所述,Dummit & Foote的群论部分非常详尽,从最基础的定义一直讲到表示论,几乎涵盖了群论的方方面面。如果你在学习 Dummit & Foote 的抽象代数,可以直接深入其群论章节。
适合读者: 已经在使用Dummit & Foote,或者希望在学习抽象代数的同时获得最全面的群论知识的读者。
优点:
无与伦比的全面性和深度。
提供了大量的习题和示例。
是深入研究群论的最佳资源之一。
缺点:
如前所述,对于初学者而言可能过于庞大和艰深。
笔记/补充: 只需要专注于Dummit & Foote 的群论章节即可。

4. 在线课程讲义和维基百科

特点与内容: 许多大学都有专门的群论课程,其讲义内容十分宝贵。此外,维基百科上关于群论的条目往往写得很好,可以作为快速查阅和概念理解的辅助。
适合读者: 需要快速了解某个概念,或者寻找不同讲解方式的学生。
优点:
免费,易获取。
可以补充教材的不足或提供不同视角。
缺点:
需要自己筛选和整理。
系统性可能不足。

学习建议:

选择一本专门的群论教材或深入教材的群论部分: Rotman或Dummit & Foote的群论章节是很好的选择。Wells的书则适合从应用角度入手。
理解群的运算和性质: 群的二元运算、单位元、逆元、结合律是基础中的基础。
掌握子群、陪集、正规子群、商群的概念: 这是理解群结构的关键。
Sylow定理是核心: 对于有限群的研究,Sylow定理是极其重要的工具,务必深入理解。
动手操作: 群论中有很多例子,如置换群、对称群、循环群等,尝试去理解它们的结构和运算。
与抽象代数其他部分结合: 群论与其他代数结构(如环、域)有着密切的联系,学习过程中注意这些联系。



总而言之, 在学习这些科目时,最重要的是保持好奇心和耐心。数学的魅力在于其逻辑的严谨和结构的优美,一旦你克服了初期的抽象障碍,你会发现一个充满智慧和创造力的世界。祝你学习愉快!

网友意见

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我认为要用到的微分几何内容包括微分流形,李群,和一点黎曼几何。loring tu的流形导论和GTM275就是十分友好的入门书。不过GTM275更关注示性类,对测地线的讨论可以看其他的黎曼几何教材,比如do carmo的小绿书或者GTM176(其实随便一本黎曼几何书上都会涵盖这些内容)有物理系的人推荐梁灿彬的书(我没看过)。抽象代数的话,GTM73,rotman的书都可以入门。我不太清楚物理需要用到的抽象代数有多深,群环域的概念你可以10分钟内看懂,但是深入下去有很多知识,看你学物理的需求程度。

这些书你不一定要每一章都看,需要的部分你有目的性的看,否则容易浪费时间又不能帮助自己学好物理。

书都可以在libgen上找到。

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