% spell checker language \selectlanguage{german} \chapter{Bilineare und multilineare Abbildungen} \sideremark{Vorlesung 20}Ich beende die Vorlesung mit einem Kapitel über ``multilineare Algebra''. In diesem Kapitel werden wir multilineare Abbildungen und multilineare Algebra systematisch einführen. Der zentrale Begriff ist das ``Tensorprodukt''. Bevor wir richtig ``multi'' werden, diskutiere ich erst noch einmal bilineare Abbildungen und Funktionen. Einige Beispiele für Bilinearität kennen Sie schon. \begin{bsp}[Bilineare Funktion] Skalarprodukte auf Euklidischen Vektorräumen sind bilinear. Das bedeutet, die Abbildung $V ⨯ V → ℝ$ ist im ersten und im zweiten Argument linear. \end{bsp} Die folgende Definition sollte jetzt keine Überraschung mehr sein. \begin{defn}[Bilineare Abbildungen] Es sei $k$ ein Körper und es seien $U$, $V$ und $W$ drei $k$-Vektorräume. Eine \emph{bilineare Abbildung}\index{bilineare Abbildung} ist eine Abbildung $s: U ⨯ V → W$, so dass Folgendes gilt. \begin{description} \item[Linearität in der ersten Komponente] Für alle $\vec{u}_1, \vec{u}_2 ∈ U, \vec{v} ∈ V$ und für alle $λ ∈ k$ gilt \[ s(\vec{u}_1 + λ·\vec{u}_2, \vec{v}) = s(\vec{u}_1, \vec{v}) + λ·s(\vec{u}_2, \vec{v}). \] \item[Linearität in der zweiten Komponente] Für alle $\vec{u} ∈ U, \vec{v}_1, \vec{v}_2 ∈ V$ und für alle $λ ∈ k$ gilt \[ s(\vec{u}, \vec{v}_1 + λ \vec{v}_2) = s(\vec{u}, \vec{v}_1) + λ s(\vec{u}, \vec{v}_2). \] \end{description} \end{defn} Beispiele für bilineare Abbildungen kennen wir in Hülle und Fülle. \begin{bsp} Es sei $k$ ein Körper, es seien $V, W$ zwei $k$-Vektorräume und es seien lineare Funktionale $f ∈ V^*$ und $g ∈ W^*$ gegeben. Dann ist die folgende Abbildung bilinear, \[ V ⨯ W → k, \quad (\vec{v}, \vec{w}) ↦ f(\vec{v}) · g(\vec{w}). \] \end{bsp} \begin{bsp} Es sei $k$ ein Körper, es seien $V$, $W$ und $U$ drei $k$-Vektorräume. Dann ist die folgende Abbildung bilinear, \[ \Hom_k(V, W) ⨯ \Hom_k(W, U) → \Hom_k(V, U), \quad (f, g) ↦ g ◦ f. \] \end{bsp} \begin{bsp} Es sei $k$ ein Körper, es seien $V, W$ zwei $k$-Vektorräume. Dann ist folgende Abbildung bilinear, \[ V^*⨯W → \Hom_k(V, W), \quad (f, \vec{w}) ↦ \big(\vec{v} ↦ f(\vec{v})·\vec{w}\big). \] \end{bsp} \subsection*{Multilineare Abbildungen} Sie können es sich sicher schon denken: multilineare Abbildungen sind Abbildungen $V_1 ⨯ ⋯ ⨯ V_n → W$, so dass …. Ich habe vom Tippen schon wunde Finger und verlasse mich darauf, dass Sie die Definition selbst zusammenbekommen. Auch hier kennen wir schon mindestens ein Beispiel. \begin{bsp}[$n$-lineare Funktion] Betrachte die Determinantenabbildung \[ \det : \Mat(n⨯ n, k) → k. \] Indem wir Matrizen als Folge von Spaltenvektoren schreiben, können wir den Vektorraum der $n ⨯ n$-Matrizen mit dem Vektorraum $V ⨯ ⋯ ⨯ V$ identifizieren. Wir erhalten also eine Abbildung \[ \det : \underbrace{V ⨯ ⋯ ⨯ V}_{n ⨯} → k. \] Aus dem ersten Semester wissen wir: diese Abbildung ist in jeder Komponente linear. \end{bsp} % !TEX root = LineareAlgebra2