Class Notes for Math 901/902: Abstract Algebra, Instructor Tom Marley

Topics include: Free groups and presentations; Automorphism groups; Semidirect products; Classification of groups of small order; Normal series: composition, derived, and solvable series; Algebraic field extensions, splitting fields, algebraic closures; Separable algebraic extensions, the Primitive Element Theorem; Inseparability, purely inseparable extensions; Finite fields; Cyclotomic field extensions; Galois theory; Norm and trace maps of an algebraic field extension; Solvability by radicals, Galois' theorem; Transcendence degree; Rings and modules: Examples and basic properties; Exact sequences, split short exact sequences; Free modules, projective modules; Localization of (commutative) rings and modules; The prime spectrum of a ring; Nakayama's lemma; Basic category theory; The Hom functors; Tensor products, adjointness; Left/right Noetherian and Artinian modules; Composition series, the Jordan-Holder Theorem; Semisimple rings; The Artin-Wedderburn Theorem; The Density Theorem; The Jacobson radical; Artinian rings; von Neumann regular rings; Wedderburn's theorem on finite division rings; Group representations, character theory; Integral ring extensions; Burnside's paqb Theorem; Injective modules.

Class Notes for Math 905: Commutative Algebra, Instructor Sylvia Wiegand

Topics include: Rings, ideals, algebraic sets and affine varieties, modules, localizations, tensor products, intersection multiplicities, primary decomposition, the Nullstellensatz

ON THE RADICAL OF A FREE MALCEV ALGEBRA

We prove that the prime radical rad M of the free Malcev algebra M of rank more than two over a field of characteristic not equal 2 coincides with the set of all universally Engelian elements of M. Moreover, let T(M) be the ideal of M consisting of all stable identities of the split simple 7-dimensional Malcev algebra M over F. It is proved that rad M = J(M) boolean AND T(M), where J(M) is the Jacobian ideal of M. Similar results were proved by I. Shestakov and E. Zelmanov for free alternative and free Jordan algebras.

Infinite dimensional Lie algebra associated with conformal transformations of the two-point velocity correlation tensor from isotropic turbulence

We deal with homogeneous isotropic turbulence and use the two-point velocity correlation tensor field (parametrized by the time variable t) of the velocity fluctuations to equip an affine space K3 of the correlation vectors by a family of metrics. It was shown in Grebenev and Oberlack (J Nonlinear Math Phys 18:109–120, 2011) that a special form of this tensor field generates the so-called semi-reducible pseudo-Riemannian metrics ds2(t) in K3. This construction presents the template for embedding the couple (K3, ds2(t)) into the Euclidean space R3 with the standard metric. This allows to introduce into the consideration the function of length between the fluid particles, and the accompanying important problem to address is to find out which transformations leave the statistic of length to be invariant that presents a basic interest of the paper. Also we classify the geometry of the particles configuration at least locally for a positive Gaussian curvature of this configuration and comment the case of a negative Gaussian curvature.

A model and an algebra for semi-structured and full-text queries

The need for a convergence between semi-structured data management and Information Retrieval techniques is manifest to the scientific community. In order to fulfil this growing request, W3C has recently proposed XQuery Full Text, an IR-oriented extension of XQuery. However, the issue of query optimization requires the study of important properties like query equivalence and containment; to this aim, a formal representation of document and queries is needed. The goal of this thesis is to establish such formal background. We define a data model for XML documents and propose an algebra able to represent most of XQuery Full-Text expressions. We show how an XQuery Full-Text expression can be translated into an algebraic expression and how an algebraic expression can be optimized.

Use of computer algebra in the calculation of Feynman diagrams

The increasing precision of current and future experiments in high-energy physics requires a likewise increase in the accuracy of the calculation of theoretical predictions, in order to find evidence for possible deviations of the generally accepted Standard Model of elementary particles and interactions. Calculating the experimentally measurable cross sections of scattering and decay processes to a higher accuracy directly translates into including higher order radiative corrections in the calculation. The large number of particles and interactions in the full Standard Model results in an exponentially growing number of Feynman diagrams contributing to any given process in higher orders. Additionally, the appearance of multiple independent mass scales makes even the calculation of single diagrams non-trivial. For over two decades now, the only way to cope with these issues has been to rely on the assistance of computers. The aim of the xloops project is to provide the necessary tools to automate the calculation procedures as far as possible, including the generation of the contributing diagrams and the evaluation of the resulting Feynman integrals. The latter is based on the techniques developed in Mainz for solving one- and two-loop diagrams in a general and systematic way using parallel/orthogonal space methods. These techniques involve a considerable amount of symbolic computations. During the development of xloops it was found that conventional computer algebra systems were not a suitable implementation environment. For this reason, a new system called GiNaC has been created, which allows the development of large-scale symbolic applications in an object-oriented fashion within the C++ programming language. This system, which is now also in use for other projects besides xloops, is the main focus of this thesis. The implementation of GiNaC as a C++ library sets it apart from other algebraic systems. Our results prove that a highly efficient symbolic manipulator can be designed in an object-oriented way, and that having a very fine granularity of objects is also feasible. The xloops-related parts of this work consist of a new implementation, based on GiNaC, of functions for calculating one-loop Feynman integrals that already existed in the original xloops program, as well as the addition of supplementary modules belonging to the interface between the library of integral functions and the diagram generator.

Le matrici e la loro algebra

In questa tesi ci si propone lo studio dell'anello delle matrici quadrate di ordine n, su un campo, per arrivare a dimostrare che ha solo ideali banali pur non essendo un campo. Allo scopo si introducono le operazioni elementari e il procedimento di traduzione di tali operazioni con opportune moltiplicazioni per matrici dette elementari. Si considera inoltre il gruppo generale lineare arrivando a dimostrare che un particolare sottoinsieme delle matrici elementari è un generatore di tale gruppo.

Il polinomio cromatico di un grafo e il teorema dei quattro colori

La seguente tesi affronta la dimostrazione del teorema dei quattro colori. Dopo un introduzione dei concetti cardine utili alla dimostrazione, quali i concetti ed i risultati principali della teoria dei grafi e della loro colorazione, viene affrontata a livello prima storico e poi tecnico l'evoluzione della dimostrazione del teorema, che rimase congettura per 124 anni.

Alcuni metodi per la determinazione delle radici di un polinomio

Un problema classico in matematica, che presenta numerose applicazioni anche al di fuori di tale disciplina, è la ricerca delle radici di un polinomio. Per quanto riguarda i polinomi di grado minore o uguale a 4 ci sono delle formule per determinare le radici a partire dai coefficienti, mentre per il generico polinomio di grado maggiore o uguale a 5 formule simili non esistono. È possibile, però, determinare in modo approssimato le radici di un polinomio, o stimare il numero di radici reali di un polinomio reale in un dato intervallo, o ancora localizzare nel piano complesso gli zeri di un polinomio a coefficienti complessi.

Algebra esterna e grassmanniane

Nella tesi viene fornita una costruzione dell'algebra esterna di un K-spazio vettoriale, alcune conseguenze principali come la derivazione in maniera traspente del determinante di e alcune sue proprietà e l'introduzione del concetto di Grassmanniana.

Gruppi risolubili

I gruppi risolubili sono tra gli argomenti più studiati nella storia dell'algebra, per la loro ricchezza di proprietà e di applicazioni. Questa tesi si prefigge l'obiettivo di presentare tali gruppi, in quanto argomento che esula da quelli usualmente trattati nei corsi fondamentali, ma che diventa fondamentale in altri campi di studio come la teoria delle equazioni. Il nome di tale classe di gruppi deriva infatti dalla loro correlazione con la risolubilità per formule generali delle equazioni di n-esimo grado. Si ha infatti dalla teoria di Galois che un'equazione di grado n è risolubile per radicali se e solo se il suo gruppo di Galois è risolubile. Da questo spunto di prima e grande utilità, la teoria dei gruppi risolubili ha preso una propria strada, tanto da poter caratterizzare tali gruppi senza dover passare dalla teoria di Galois. Qui viene infatti presentata la teoria dei gruppi risolubili senza far uso di tale teoria: nel primo capitolo esporrò le definizioni fondamentali necessarie per lo studio dei gruppi risolubili, la chiusura del loro insieme rispetto a sottogruppi, quozienti, estensioni e prodotti, e la loro caratterizzazione attraverso la serie derivata, oltre all'esempio più caratteristico tra i gruppi non risolubili, che è quello del gruppo simmetrico. Nel secondo capitolo sono riportati alcuni esempi e controesempi nel caso di gruppi non finiti, tra i quali vi sono il gruppo delle isometrie del piano e i gruppi liberi. Infine nel terzo capitolo viene approfondito il caso dei gruppi risolubili finiti, con alcuni esempi, come i p-gruppi, con un’analisi della risolubilità dei gruppi finiti con ordine minore o uguale a 100.

Computer algebra for x-ray spectral reconstruction between 6 and 25 MV

A previously presented algorithm for the reconstruction of bremsstrahlung spectra from transmission data has been implemented into MATHEMATICA. Spectra vectorial algebra has been used to solve the matrix system A * F = T. The new implementation has been tested by reconstructing photon spectra from transmission data acquired in narrow beam conditions, for nominal energies of 6, 15, and 25 MV. The results were in excellent agreement with the original calculations. Our implementation has the advantage to be based on a well-tested mathematical kernel. Furthermore it offers a comfortable user interface.