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附錄 A:關鍵數學物件的公理化對照表#

本表總結本書出現的核心結構之公理,並標註結構疊加的方向(每往右一欄多一組公理)。

A.1 代數結構#

結構 公理核心 例子 章節
群 \((G,\cdot)\) 結合、單位元、反元素 \(S_n\) , \(\mathbb{Z}\) 1.1
交換群 \(+\) 阿貝爾律 \((\mathbb{Z},+)\) 1.1
環 \((R,+,\times)\) 加法交換群 + 乘法結合 + 分配律 \(\mathbb{Z}\) , \(k[x]\) , \(M_n(K)\) 1.2
交換環 \(ab = ba\) \(k[x]\) 1.2, 6.3
體 \(K\) 非零元素成乘法群 \(\mathbb{Q}, \mathbb{R}, \mathbb{C}, \mathbb{F}_p\) 1.2
模/向量空間 交換群 + 環(體)作用 \(K^n\) , 函數空間 1.2
李代數 \(\mathfrak{g}\) 向量空間 + 括號 \([X,Y]\) + Jacobi \(\mathfrak{so}(3)\) 8.3

A.2 空間結構(由粗到細)#

結構 公理核心 例子 章節
拓撲空間 \((X,\mathcal{T})\) 開集:任意并、有限交、含 \(\emptyset, X\) Zariski 譜 2.2
度量空間 \((X,d)\) \(d\) 正定、對稱、三角不等式 \(C[0,1]\) 2.2
完備度量空間 + Cauchy 序列收斂 \(\mathbb{R}\) 2.2
賦範向量空間 向量空間 + 範數 \(C[a,b]\) 5.1
巴拿赫空間 + 完備 \(L^p\) 5.4
內積空間 + 內積 \(\ell^2\) 5.3
希爾伯特空間 內積 + 完備 \(L^2\) 5.3
拓撲流形 Hausdorff + 局部 \(\mathbb{R}^n\) 球面 2.3
微分流形 + 光滑相容坐標卡 Lie 群 2.3
黎曼流形 + 度量 \(g\) 雙曲面 2.1, 2.3
Kähler 流形 複 + 辛 + 相容度量 \(\mathbb{CP}^n\) , CY 12.2
代數多樣體/概形 由環/層定義 \(V(f)\) , \(\mathrm{Spec}\,\mathbb{Z}\) 2.4, 6.3

A.3 結構之間的映射(態射)#

域 態射 章節
群 同態 \(f(ab)=f(a)f(b)\) 1.1, 1.3
環 環同態(保 1) 1.2
拓撲空間 連續映射(開集原像開) 2.2
流形 光滑映射 2.3
賦範空間 有界線性算子 5.4
概形 由環同態反方向誘導 6.3
範疇 函子(保合成與單位) 9.3

A.4 對偶總表#

對偶 兩端 性質
笛卡兒 曲線 ↔ 方程 座標化
Gelfand 緊空間 ↔ 交換 \(C^*\) -代數 反變等價
代數幾何 概形 ↔ 交換環/層 反變
Poincaré \(H_k \leftrightarrow H^{n-k}\) 配對
Hodge \(H^n \leftrightarrow \bigoplus H^{p,q}\) 調和形式
Langlands Galois 表示 ↔ 自守表示 預言/部分證明
幾何 Langlands 局部系 ↔ Hecke 特徵層 範疇等價
伴隨 \(F \dashv G\) Hom 同構