Struktura matematyczna – pojęcie fundamentalne dla matematyki, definiowane jednak w rozmaity sposób, zależnie od teorii i kontekstu. Najczęściej mówi się o strukturze na danym zbiorze , który zwany jest nośnikiem lub podkładem tej struktury. Rozpatruje się też struktury matematyczne w ramach teorii modeli.
Wyróżnić można następujące typy struktur matematycznych: Struktury algebraiczne, zawierające tylko symbole funkcji i stałych (bez relacji innych niż funkcje), rozpatrywane też w ramach algebry uniwersalnej. Struktury takie zwykle rozumie się jako abstrakcyjne działania na danym zbiorze, rozdz. I, § 5.. Można to objaśnić na przykładzie struktury grupy na zbiorze . Tutaj strukturą jest działanie grupowe interpretowane jako podzbiór zbioru spełniające aksjomaty grupy. Zbiór jest nośnikiem tej struktury, ale sam ten zbiór nie jest grupą; grupą jest ten zbiór wraz z działaniem grupowym. Można też jako strukturę grupy na zbiorze przyjąć uporządkowaną trójkę: dwuargumentowe działanie grupowe, jednoargumentowe działanie brania elementu odwrotnego oraz element neutralny e, traktowany jako działanie zeroargumentowe, czyli jako funkcja stała ze zbioru jednoelementowego przyporządkowująca jedynemu elementowi element Rozpatruje się też działania n-arne i nieskończone zbiory takich działań na G, np. zbiór wszystkich możliwych złożeń powyższych trzech działań na grupie.. Ważną klasę struktur algebraicznych stanowią te, które są zdefiniowane równościowo, tzn. za pomocą skończonej lub nieskończonej liczby aksjomatów mających postać równości, bez kwantyfikatora szczegółowego Algebrom tym poświęcone są: rozdz. XIV, § 7 w książce: H. Rasiowa, Wstęp do matematyki współczesnej, Warszawa, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1968; oraz § 5.5 w książce: . Strukturami algebraicznymi równościowo definiowalnymi są m.in.: struktura grupy (bierze się wtedy nie jedno działanie, lecz wymienione wyżej trzy, a aksjomaty zapisuje się w postaci równości), struktura grupy abelowej, struktura ciała, struktura pierścienia, struktura kraty. Struktury porządkowe, tworzone przez relacje uporządkowania, takie jak częściowy porządek. Jeśli jest zbiorem częściowo uporządkowanym, to relacja (jako podzbiór zbioru ) jest strukturą, a jest nośnikiem tej struktury. Struktura kraty może być również uważana za strukturę porządkową w której każda para , ma kres dolny i kres górny . Struktury topologiczne, których typowym przykładem jest przestrzeń topologiczna, tzn. zbiór , na których strukturą jest topologia określona jako rodzina zbiorów otwartych w . Do struktur topologicznych należy też struktura przestrzeni jednostajnej, rozdział VIII.. Struktury mieszane. Są one dwojakiego rodzaju. 1) Struktury będące połączeniem co najmniej dwóch z powyższych rodzajów struktur, np. grupa topologiczna, ciało uporządkowane. Istotne tu jest to, że wszystkie elementy danej struktury na zbiorze są utworzone z elementów tego zbioru (a także z jego podzbiorów itd.) z użyciem skończonej lub nieskończonej liczby konstrukcji w języku teorii mnogości. 2) Struktury, w których występują elementy nie dające się utworzyć w taki sposób, tzn. elementy spoza uniwersum generowanego przez . Przykładami są tu: struktura przestrzeni metrycznej na , w której pojawia się zbiór liczb rzeczywistych struktura przestrzeni liniowej nad ciałem struktura przestrzeni liniowo-topologicznej, struktura modułu nad pierścieniem , struktura algebry nad ciałem .
Rygorystyczną definicję struktury, rodzaju struktury i izomorfizmu struktur podał BourbakiN. Bourbaki, Éléments de mathématique, Livre I (Théorie des ensembles), Chapitre 4 (Structures), Act. Sci. Ind. 1258, Paris 1957 (są też przekłady: angielski i rosyjski).. Definicja ta jednak, zawiła i długa (łącznie kilka stron), okazała się nieprzydatna i sam Bourbaki nie korzysta z niej później w dalszej części swego dziełaPoglądowe omówienie definicji Bourbakiego daje Z. Semadeni, Struktury w sensie Bourbakiego i kategorie, „Roczniki Polskiego Towarzystwa Matematycznego, seria I. Prace Matematyczne” 10, s. 37–50, 1966.. Stosując tę definicję, nie można np. w ogólny sposób rozstrzygnąć, czy dwie różne definicje dają tę samą w istocie strukturę, np. czy definicja topologii na zbiorze jako rodziny zbiorów otwartych spełniających zwykłe aksjomaty daje w istocie tę samą strukturę co operacja domknięcia Kuratowskiego (równoważności tej dowodzi się w kursie topologii, ale nie widać, jak miałaby to wynikać z analizy samego typu definicji tych struktur).
Uwagi
Przypisy
Bibliografia Zbigniew Semadeni, Struktury w sensie Bourbakiego i kategorie, „Roczniki Polskiego Towarzystwa Matematycznego, seria I. Prace Matematyczne” 10, s. 37–50, 1966. P. van Hiele, Structure and Insight, Orlando et al, Academic Press, 1986. .
Linki zewnętrzne Structure(2) , Encyclopedia of Mathematics, encyclopediaofmath.org [dostęp 2025-10-22].
Kategoria:Matematyka