¿Qué es una explicación intuitiva de un campo numérico?

¿Qué es una explicación intuitiva de un campo numérico?

Un campo matemático es un conjunto cuyos elementos y operaciones tienen propiedades fundamentales que a menudo asociamos con números:

  • Una suma binaria, [math] + [/ math], cuyo resultado está en el conjunto y es independiente del orden;
  • Una multiplicación binaria, [math] \ cdot [/ math], cuyo resultado también está en el conjunto y es independiente del orden;
  • Una identidad aditiva, [matemática] 0 [/ matemática] (cero) e inversos aditivos (o elementos negativos) para cada elemento, [matemática] -x [/ matemática];
  • Una identidad multiplicativa, [matemática] 1 [/ matemática] (una) e inversos multiplicativos para cada elemento (que no sea cero), [matemática] \ frac1x [/ matemática]; y
  • La multiplicación se distribuye sobre la suma, o [matemáticas] a \ cdot (b + c) \ equiv a \ cdot b + a \ cdot c [/ math].

Estas definiciones implican que los elementos de un campo siguen muchas de las reglas para los números, que incluyen:

  • Un negativo multiplicado por un negativo es un positivo;
  • La multiplicación puede considerarse como una suma repetida;
  • La resta se puede definir como sumar el negativo de un número; y
  • La división se puede definir como la multiplicación por el inverso multiplicativo, por lo tanto, la división por cero está literalmente indefinida ya que no existe un inverso multiplicativo de cero.

Los números reales y racionales ordinarios son los únicos campos con los que es probable que te encuentres en matemáticas escolares, pero los campos son una de las estructuras algebraicas básicas que descubres cuando comienzas a abstraer las matemáticas de los números.

Un campo de número algebraico es específicamente una extensión de campo de grado finito de los números racionales, [math] \ mathbb Q [/ math]. Por ejemplo, los números de la forma [math] a + \ sqrt2b [/ math] donde [math] a, b \ in \ mathbb Q [/ math] forman un campo numérico designado [math] \ mathbb Q \ left [\ sqrt2 \ derecha] [/ matemáticas]. Curiosamente, los números reales no son un campo numérico ya que tienen un grado infinito sobre [math] \ mathbb Q [/ math].

Las matemáticas están llenas de definiciones, como la definición de un campo. La intuición no tiene lugar en estas definiciones. Por ejemplo:

Definición ” anillo “: un anillo es un grupo aditivo en el que se define otra operación binaria, que se llama multiplicación, que conecta dos elementos del anillo para dar un tercer elemento.

Un ejemplo común de un anillo es el anillo [math] \ mathbb Z [/ math] de números enteros.

Definición ” campo “: Un campo es un anillo conmutativo con identidad multiplicativa (o unidad), en el que cada elemento, excepto el elemento neutro de suma, tiene un llamado inverso. Un elemento multiplicado por su inverso da la identidad.

Hasta aquí por intuición. Hay varias nociones como “grupo”, “aditivo”, “operación binaria”, “multiplicación”, “elemento”, “conmutativo”, “identidad”, etc., etc., para las cuales también existen definiciones.

Tal vez tenga alguna intuición al conocer ejemplos comunes de campos: números racionales [matemática] \ mathbb Q [/ matemática], números reales [matemática] \ mathbb R [/ matemática], números complejos [matemática] \ mathbb C [/ matemática] . Esos son los campos más comunes. Hay muchos más campos numéricos entre [math] \ mathbb Q [/ math] y [math] \ mathbb R [/ math] (“between” en el sentido de [math] \ mathbb Q \ subset F \ subset \ mathbb R [/ math], donde [math] F [/ math] es un campo de extensión de [math] \ mathbb Q [/ math]), pero solo son de interés en álgebra superior.

Estos campos son todos infinitos. Pero también existen campos finitos como los campos de residuos [math] \ mathbb Z_p [/ math] con [math] p [/ math] un número primo y mucho más. Los campos finitos tienen la propiedad interesante de que su número de elementos debe ser una potencia de un número primo.