DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E INFORMATICA Corso di laurea in Matematica Anno accademico 2017/ anno

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1 DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E INFORMATICA Corso di laurea in Matematica Anno accademico 017/018-1 anno ALGEBRA MAT/0-15 CFU - Insegnamento annuale Docente titolare dell'insegnamento MARCO D'ANNA mdanna@dmi.unict.it Edificio / Indirizzo: Dipartimento di Matematica e Informatica, V.le A. Doria 6, 9515 Catania Telefono: Orario ricevimento: Consultare la pagina docente: OBIETTIVI FORMATIVI Lo scopo del corso è quello di far acquisire agli allievi la capacità di formalizzare un problema e di sondare l ambiente in cui cercare le eventuali soluzioni. Il corso si prefigge anche lo scopo di sollecitare la capacità di astrazione e fornire gli strumenti per utilizzare tale astrazione per passare dal particolare al generale. In particolare, il corso si propone di fa acquisire agli studenti le seguenti competenze: Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): comprendere enunciati e dimostrazioni di teoremi fondamentali dell'algebra; sviluppare abilità matematiche nel ragionamento, nella manipolazione e nel calcolo; risolvere problemi matematici che, pur non essendo comuni, sono di analoga natura ad altri già conosciuti. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding): dimostrare risultati algebrici non identici a quelli già conosciuti, ma chiaramente correlati ad essi; costruire dimostrazioni rigorose; risolvere problemi di algebra che richiedono un pensiero originale; essere in grado di formalizzare matematicamente problemi di moderata difficoltà, formulati nel linguaggio naturale, e di trarre profitto da questa formulazione per chiarirli o risolverli; Autonomia di giudizio (making judgements): acquisire una consapevole autonomia di giudizio con riferimento alla valutazione e interpretazione della risoluzione di un problema algebrico; essere in grado di costruire e sviluppare argomentazioni logiche con una chiara identificazione di assunti e conclusioni; essere in grado di riconoscere dimostrazioni corrette, e di individuare ragionamenti fallaci. Abilità comunicative (communication skills): saper comunicare in modo chiaro e privo di ambiguità informazioni, idee, problemi, soluzioni e le loro conclusioni, nonché le conoscenze e la ratio ad esse sottese; sapere presentare materiali e argomentazioni scientifiche, oralmente o per iscritto, in modo chiaro e comprensibile. Capacità di apprendimento (learning skills): aver sviluppato un maggior grado di autonomia nello

2 studio. PREREQUISITI RICHIESTI Conoscenze elementari di matematica presenti in tutti i programmi delle scuole superiori. FREQUENZA LEZIONI Fortemente consigliata. CONTENUTI DEL CORSO Prima parte (circa un terzo del corso) a) Teoria degli insiemi. Insiemi e operazioni tra insiemi. Relazioni. Relazioni di equivalenza ed insiemi quozienti. Relazioni d'ordine. Massimi e minimi, elementi minimali e massimali, maggioranti e minoranti, estremo superiore ed estremo inferiore. Funzioni o applicazioni. Applicazioni iniettive, suriettive, biiettive. Composizione di applicazioni. b) I numeri. I numeri naturali. Il principio di induzione. Cardinalità di insiemi. Insiemi numerabili. A < P(A) = A. Potenza del continuo. I numeri interi. Massimo comune divisore e l'algoritmo euclideo. Identità di Bézout. Fattorizzazione in Z e alcune conseguenze. I numeri razionali. La struttura di campo ordinato di Q. Congruenze e le classi di resto: prime proprietà e applicazioni. Criteri di divisibilità. Risoluzione di congruenze lineari. La funzione di Eulero e il teorema di Eulero-Fermat. Cenno sui numeri reali come campo ordinato. I numeri complessi. Forme algebriche e trigonometriche dei numeri complessi. Radici dei numeri complessi. Le radici complesse dell'unità. Il Teorema fondamentale dell'algebra (senza dim.). c) I polinomi. Funzioni polinomiali e polinomi. Divisione tra polinomi su un campo: l'algoritmo di divisione. MCD e identità di Bézout. Teorema di Ruffini. Fattorizzazione unica. Questioni di irriducibilità in C[x], R[x], Q[x], Z[x]. Il criterio di Eisenstein. Irriducibilità nel passaggio ai quozienti. Seconda parte: teoria delle strutture algebriche. a) Teoria degli anelli (circa un terzo del corso) Prime definizioni ed esempi. Domini d integrità, corpi e campi. Sottoanelli. Omomorfismi tra anelli. Ideali.

3 Anelli quozienti. I teoremi di omomorfismo e di isomorfismo tra anelli. Sottoanelli ed ideali rispetto ad un omomorfismo. Ideale generato da un sottoinsieme. Ideali primi ed ideali massimali. Immersione di un dominio in un campo. Il campo dei quozienti di un dominio di integrità. Domini euclidei. Domini ad ideali principali. Domini a fattorizzazione unica e loro caratterizzazione. Confronto tra gli anelli studiati e loro applicazioni. Elementi primi ed irriducibili. Identità di Bézout. MCD e mcm. Lemma di Gauss e Teorema di Gauss per A[x], con A UFD. Criteri di irriducibilità in A[x]. b) Teoria dei gruppi (circa un terzo del corso) Prime definizioni ed esempi. Sottogruppi. Gruppi ciclici. Il gruppo simmetrico e il gruppo alterno. I gruppi diedrali. Classi laterali e Teorema di Lagrange. Sottogruppi normali e gruppo quoziente. Omomorfismi tra gruppi. Relazioni tra sottogruppi in un omomorfismo. I teoremi dell'omomorfismo e dell'isomorfismo. Il Teorema di Cayley. L'azione di un gruppo su un insieme: orbite e stabilizzatori. Relazione di coniugio ed equazione di classe. Classi coniugate nel gruppo simmetrico. Il Teorema di Cauchy ed i Teoremi di Sylow. Somma diretta di gruppi. Teorema sulla classificazione dei gruppi abeliani finiti. TESTI DI RIFERIMENTO 1. G. Piacentini Cattaneo - Algebra - Zanichelli.. A. Ragusa - Corso di Algebra (Un approccio amichevole) - Aracne Ed. ALTRO MATERIALE DIDATTICO Esercizi e note su particolari argomenti del programma saranno resi disponibili su Studium. PROGRAMMAZIONE DEL CORSO * Argomenti Riferimenti testi 1 * Insiemi e operazioni tra insiemi. * Relazioni. Relazioni di equivalenza ed insiemi quozienti. 3 * Relazioni d'ordine. Massimi e minimi, elementi minimali e massimali, maggioranti e minoranti, estremo superiore ed estremo inferiore. 4 * Funzioni o applicazioni. Applicazioni iniettive, suriettive, biiettive. Composizione di applicazioni. 5 * I numeri naturali. Il principio di induzione. 6 * Cardinalità di insiemi. Insiemi numerabili. A < P(A) = A. Potenza del continuo.

4 7 * I numeri interi. Massimo comune divisore e l'algoritmo euclideo. Identità di Bézout. Minimo comune multiplo. 8 * I numeri razionali. La struttura di campo ordinato di Q. 9 * Congruenze e le classi di resto: prime proprietà e applicazioni. Criteri di divisibilità. Risoluzione di congruenze lineari 10 * La funzione di Eulero e il teorema di Eulero-Fermat. 11 * Cenno sui numeri reali come campo ordinato. 1 * I numeri complessi. Forme algebriche e trigonometriche dei numeri complessi. Radici dei numeri complessi. Le radici complesse dell'unità. Il Teorema fondamentale dell'algebra. 13 * Funzioni polinomiali e polinomi. Divisione tra polinomi su un campo: l'algoritmo di divisione. 14 * MCD e identità di Bézout. Teorema di Ruffini. Fattorizzazione unica. 15 * Questioni di irriducibilità in C[x], R[x], Q[x], Z[x]. Il criterio di Eisenstein. Irriducibilità nel passaggio ai quozienti. 16 * Anelli: prime definizioni ed esempi. Domini d integrità, corpi e campi. Sottoanelli. 17 * Omomorfismi tra anelli. Ideali. Anelli quozienti. I teoremi di omomorfismo e di isomorfismo tra anelli. Sottoanelli ed ideali rispetto ad un omomorfismo. 18 * Ideale generato da un sottoinsieme. Ideali primi ed ideali massimali. Esistenza di ideali massimali. 19 * Immersione di un dominio in un campo. Il campo dei quozienti di un dominio di integrità. 0 * Domini euclidei. Domini ad ideali principali. Domini a fattorizzazione unica e loro caratterizzazione. Confronto tra gli anelli studiati e loro applicazioni. 1 * Elementi primi ed irriducibili. Identità di Bézout. MCD e mcm. Lemma di Gauss e Teorema di Gauss per A[x], con A UFD. Criteri di irriducibilità in A[x]. oppure 1 oppure 1 oppure 1 oppure 1 oppure 1 oppure 1 * Gruppi: prime definizioni ed esempi. Sottogruppi. Gruppi ciclici. 3 * Il gruppo simmetrico e il gruppo alterno. I gruppi diedrali. 4 * Classi laterali e Teorema di Lagrange. Sottogruppi normali e gruppo quoziente. Omomorfismi tra gruppi. Relazioni tra sottogruppi in un omomorfismo. I teoremi dell'omomorfismo e dell'isomorfismo. 5 * Il Teorema di Cayley. 1

5 6 * L'azione di un gruppo su un insieme: orbite e stabilizzatori. Relazione di coniugio ed equazione di classe. Classi coniugate nel gruppo simmetrico. 7 * Il Teorema di Cauchy ed i Teoremi di Sylow. 8 * Somma diretta di gruppi. Teorema sulla classificazione dei gruppi abeliani finiti. * Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame. N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame. VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO L'esame finale consisterà di una prova scritta ed una orale, ma si terrà anche conto di quanto fatto dallo studente durente l'anno: - nel corso dell'anno si svolgeranno alcune esercitazioni, in cui si proporranno agli studenti dei problemi da risolvere singolarmente o a piccoli gruppi e durante le quali il docente verificherà il progressivo svolgimento della prova, suggerendo idee e correggendo eventuali errori. Si potranno anche proporre dei test sulla teoria studiata. - si svolgeranno poi due prove, una in itinere ed una a fine corso (in concomitanza con gli appelli) che, se superate, daranno allo studente l'esonero dalla prova scritta d'esame. Il voto terrà conto della prova scritta (o delle prove in itinere) e di quella orale; le prove scritte si considerano superate se si ottiene una valutazione non inferiore a 15/30. Il voto finale non consiste di una media tra i voti delle prove, ma l orale determina un incremento al voto dello scritto. Il voto potrà anche tenere conto di eventuali riscontri positivi nelle verifiche svolte durante l anno. PROVE IN ITINERE Si prevede una prova in itinere scritta che si svolgerà durante la pausa didattica invernale. Tale prova prevederà anche esercizi di tipo teorico. La prova in itinere corrisponde a 5 CFU. PROVE DI FINE CORSO A fine corso chi avrà superato la prova in itinere potrà svolgere una prova scritta ridotta inerente soltanto gli argomenti svolti nel secondo semestre. Tale prova dovrà svolgersi necessariamente negli appelli estivi e autunnali. Chi avrà superato entrambe le prove potrà affrontare l'esame orale. ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI Gli esercizi di algebra non sono standard, ovvero non rientrano in precise tipologie. Durante l'anno, su Studium, saranno resi disponibili esercizi sui vari argomenti del corso. La stuttura tipica di una domanda teorica è la seguente: si richiede di parlare di un argomento del

6 programma, enunciando correttamente le definizioni ed i teoremi principali connessi a tale argomento; successivamente si richiederà di dimostrare uno di questi risultati e di applicarlo a qualche esempio.