概念的由來並非是無根之木突然結果,自有歷史的淵源,比較像鐵樹開花,基礎之因和境遇之緣的偶遇,彷彿一道閃光劃破天際,於是人們就知道了雷聲不遠的了。
在『群論』 group theory 的歷史上,兩位重要的興起者,或許因為不同的環境因素,都發生不幸的早夭事件。其一是挪威數學家尼爾斯‧亨利克‧阿貝爾 Niels Henrik Abel 生於一八零二年,一八二五年得到政府之資助,始得遊學柏林和巴黎。由於生前不得志,現實裡一直無法獲得教席而能專心的研究,最終在一八二九年,因肺結核在挪威的弗魯蘭病世。就在死後兩天,家中收到了來自柏林的聘書。阿貝爾他以證明五次方程式『不可能』用『多次方根形式』 的一般解與對於『橢圓函數論』的研究而聞名於世。
法國著名的數學家埃瓦里斯特‧伽羅瓦 Évariste Galois 生於一八一一年,當他還是十多歲的青年之時,他就已經發現了 N 次多項式可以用『根式解』的『充份必要條件』,這解決了長期困擾數學界的問題。伽羅瓦是第一個使用『群』 group 這一個術語的人。據聞他是一位激進的共和主義者,在路易‧菲利普復辟的時期被捕入獄。一八三二年時,伽羅瓦於出獄後,在一次幾乎自殺式的決鬥中喪了命,此事件的起因引起了多方各種的揣測??在今天他與阿貝爾並稱為『現代群論』的創始人 。
過去大數學家『歐拉』曾經著書立論,強調新的數學常常是起源於『觀察』與『實驗』。那麼伽羅瓦和阿貝爾他們又在觀察『什麼』的呢?假使思考 N 階『多項式』和 N 次『方程式』的『融會處』
,此處 是『有理數』, 是對應的『根』。
那麼當時果真已經證明了 N 次『方程式』就有 N 個解的嗎?其實並非如此,然而『三次』與『四次』方程式求解的一般的『方法』大概已經知道了。這又和『五次』方程式能不能求解有什麼關係的呢?就樣我們就從 是『有理數』嗎開始,也許可以窺見一斑。為什麼說 『不可能』是『有理數』的呢?因為它不可能『表達』成『有理數』的『形式』 ,一般約定的說此處 與 是整數而且互質。如果依據『歐幾里得』的證法,假使講一個有理數 的『因式分解』,沒有任何一個『質因子次方』大於二 ── 其內沒有平方數 ──,那麼這個 也就必然不會是『有理數』的了。這又是為什麼呢?因為假設 ,就可以得到 ,然而因為 『互質』,所以 ,而且 也『互質』,這樣又可以得到 ,因此 就一定是當然的了,於是 和 就有了共同『因子』 ,這卻產生了『假設矛盾』,因是之故,『歸謬』的得出了 不是『有理數』。那麼當我們談及 時,這裡所說的『多項式』與『方程式』是一樣的嗎?它們的內在聯繫又是什麼的呢?
如果說一個『群』的定義是
群是一個集合 ,這個集合內定義了一種『二元運算』 ︰一、對於任何的 ,就有 ,這叫做『封閉性』。二、而且對於任何的 ,都有 ,這稱之為『結合性』。三、同時在 中有一個『單位元素』 ,對於任意 中的元素 ,都滿足 。四、其次對於任意 中的元素 皆存在一個『反元素』 ,使得 。
就這麼簡單的『群四條』果真能得到什麼『結果』的嗎?就像有人說『牛頓的運動定律』 也只不過是個『因果』原理的嘛?彷彿『中藥』有『藥方』與『藥引』之說法一般;一個理論的抽象『概念』也有『關鍵點』和『下手處』一樣。假使我們設想對於一個『群』之『二元運算』形式所無法『表達』的『對象』,那個『對象』在此『運算群』來說就是『不可能』求解的吧!所以 和 其實很不相同,有理數系的『加法』與『乘法』都滿足『加法群』和『乘法群』的要求,但由於 無法表達成『有理數』的形式,因此才被叫做『無理數』的啊!也可以說『可求解性』和『可表達性』這兩個概念發生了內在的聯繫,於是人們開始用著不同的『觀點』與『角度』理解方程式『求解』的一般性問題的了!!
假使我們思考 這樣形式之數所構成的集合 ,此處 都是有理數, 中沒有任何的『平方數』因子。如果 與 都屬於 , 屬於 ,加法『單位元素』是 , 的加法『反元素』是 ,又滿足『結合性』,所以說 是一個 這樣形式之數的『加法群』。同理也可以驗證 是一個 這樣形式之數的『乘法群』,當然 是沒有『乘法反元素』的,乘法的『單位元素』是 。這樣任意的有理係數多項式 對 求值的結果,也只能是 的形式。如果我們再細想 ,那麼假設 有一個 解是 ,它是否就必得有另一個解是 的呢?這就像 的符號解是 一般,那個正負號 所表達的就是『成對』出現的意思的啊!再舉個例子來說, 除以 的餘數計算,由於餘數只可能是 ,因此我們計算 ,,,,,所以 。為什麼我們會這麼算的呢?因為餘數的個數僅只五個,所以 的連續乘幕不可能不發生重複,由於這個觀點的轉換,簡化了求解的方向。從這個角度來說,『群論』對方程式『可解性』的研究也是這樣,換個方向來看問題。