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Stefan Kebekus 2025-06-30 07:29:02 +02:00
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@ -88,3 +88,5 @@ massebehafteter
Sylvester Sylvester
Hurwitz-Kriteriums Hurwitz-Kriteriums
Hurwitz-Kriterium Hurwitz-Kriterium
Determinantenabbildung
Eindeutigkeitsbeweis

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@ -57,3 +57,6 @@
{"rule":"DOPPELTE_SATZZEICHEN","sentence":"^\\QWie kommt man auf die Zahl „fünf“?.\\E$"} {"rule":"DOPPELTE_SATZZEICHEN","sentence":"^\\QWie kommt man auf die Zahl „fünf“?.\\E$"}
{"rule":"DOPPELTE_SATZZEICHEN","sentence":"^\\Q… und weiter?.\\E$"} {"rule":"DOPPELTE_SATZZEICHEN","sentence":"^\\Q… und weiter?.\\E$"}
{"rule":"GERMAN_WORD_REPEAT_BEGINNING_RULE","sentence":"^\\QDie Skalare \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q sind alle reell.\\E$"} {"rule":"GERMAN_WORD_REPEAT_BEGINNING_RULE","sentence":"^\\QDie Skalare \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q sind alle reell.\\E$"}
{"rule":"DE_CASE","sentence":"^\\QEs sei \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q ein Körper, es seien \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q zwei \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q-Vektorräume und es seien lineare Funktionale \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q und \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q gegeben.\\E$"}
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QDann existiert genau eine lineare Abbildung \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q, sodass für alle \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q das folgende Diagramm kommutiert: \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q, kanon.\\E$"}
{"rule":"GERMAN_SPELLER_RULE","sentence":"^\\QDann existiert genau eine Abbildung \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q, sodass für alle \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q das folgende Diagramm kommutiert: \\E(?:Dummy|Ina|Jimmy-)[0-9]+\\Q, kanon.\\E$"}

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@ -4,9 +4,9 @@
\chapter{Bilineare und multilineare Abbildungen} \chapter{Bilineare und multilineare Abbildungen}
\sideremark{Vorlesung 20}Ich beende die Vorlesung mit einem Kapitel über \sideremark{Vorlesung 20}Ich beende die Vorlesung mit einem Kapitel über
``multilineare Algebra''. In diesem Kapitel werden wir multilineare Abbildungen „multilineare Algebra“. In diesem Kapitel werden wir multilineare Abbildungen
und multilineare Algebra systematisch einführen. Der zentrale Begriff ist das und multilineare Algebra systematisch einführen. Der zentrale Begriff ist das
``Tensorprodukt''. Bevor wir richtig ``multi'' werden, diskutiere ich erst noch „Tensorprodukt“. Bevor wir richtig „multi“ werden, diskutiere ich erst noch
einmal bilineare Abbildungen und Funktionen. Einige Beispiele für Bilinearität einmal bilineare Abbildungen und Funktionen. Einige Beispiele für Bilinearität
kennen Sie schon. kennen Sie schon.

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@ -5,12 +5,12 @@
\section{Definitionen} \section{Definitionen}
Ganz am Anfang der Vorlesung LA1 haben wir unter der Überschrift ``Beispiele für Ganz am Anfang der Vorlesung LA1 haben wir unter der Überschrift Beispiele für
Vektorräume'' eine Methode kennen gelernt, wie man aus einem $k$-Vektorraum $V$ Vektorräume“ eine Methode kennengelernt, wie man aus einem $k$-Vektorraum $V$
neue $k$-Vektorräume macht: der Vektorraum $V V$ ist die Menge der neue $k$-Vektorräume macht: Der Vektorraum $V V$ ist die Menge der geordneten
geordneten Paare von Vektoren; die Vektoraddition und skalare Multiplikation Paare von Vektoren; die Vektoraddition und skalare Multiplikation erfolgt
erfolgt komponentenweise. Alternativ könnte ich $V V$ auch so komponentenweise. Alternativ könnte ich $V V$ auch so definieren: Der
definieren: der Vektorraum $V V$ ist die Menge der Abbildungen Vektorraum $V V$ ist die Menge der Abbildungen
\[ \[
\{1, 2 \} → V \{1, 2 \} → V
\] \]
@ -21,7 +21,7 @@ $V \{\vec{0}\}$ und $\{\vec{0}\} V$, die beide ganz offensichtlich
isomorph zu $V$ sind. Zusätzlich gibt es eine Zerlegung von $V V$ als isomorph zu $V$ sind. Zusätzlich gibt es eine Zerlegung von $V V$ als
direkte Summe, direkte Summe,
\[ \[
V V = \bigl(V \{\vec{0}\}\bigr) ⊕ \bigl(\{\vec{0}\} V\bigr), V V = \bigl(V \{\vec{0}\}\bigr) ⊕ \bigl(\{\vec{0}\} V\bigr).
\] \]
Dieselbe Konstruktion funktioniert natürlich genau so für Paare aus drei oder Dieselbe Konstruktion funktioniert natürlich genau so für Paare aus drei oder
mehr Komponenten. Ich erhalte so Vektorräume mehr Komponenten. Ich erhalte so Vektorräume
@ -32,8 +32,8 @@ Das Ziel in diesem Abschnitt ist, diese Konstruktion in zwei Richtungen zu
verallgemeinern. verallgemeinern.
\begin{itemize} \begin{itemize}
\item Zum einen geht es darum, Paaren von unterschiedlichen Vektorräumen \item Zum einen geht es darum, Paaren von unterschiedlichen Vektorräumen
zuzulassen, also etwas wie ``$V_1 V_2$'' zu definieren zuzulassen, also etwas wie $V_1 V_2$“ zu definieren.
\item Zum anderen möchte ich die Konstruktion statt auch für unendlich viele \item Zum anderen möchte ich die Konstruktion auch für unendlich viele
Komponenten durchzuführen. Komponenten durchzuführen.
\end{itemize} \end{itemize}
Der Witz ist, dass es im unendlichen Fall zwei unterschiedliche Konstruktionen Der Witz ist, dass es im unendlichen Fall zwei unterschiedliche Konstruktionen
@ -64,33 +64,33 @@ gibt, die auch unterschiedliche Ergebnisse liefern.
\begin{notation} \begin{notation}
Wenn in der Situation von Definition~\ref{def:14-1-1} alle $k$-Vektorräume Wenn in der Situation von Definition~\ref{def:14-1-1} alle $k$-Vektorräume
$V_i$ gleich sind, wenn es also einen $k$-Vektorraum $V$ gibt, so dass für $V_i$ gleich sind, wenn es also einen $k$-Vektorraum $V$ gibt, sodass für alle
alle $i ∈ I$ die Gleichheit $V = V_i$ gilt, dann schreibt man auch $i ∈ I$ die Gleichheit $V = V_i$ gilt, dann schreibt man auch
\[ \[
V^I := \prod_{i ∈ I} V \quad\text{und}\quad V^{(I)} := \bigoplus_{i ∈ I} V. V^I := \prod_{i ∈ I} V \quad\text{und}\quad V^{(I)} := \bigoplus_{i ∈ I} V.
\] \]
Für den Fall, dass $I =$ die leere Menge ist, ist in der Literatur oft Für den Fall, dass $I =$ die leere Menge ist, ist in der Literatur oft $V^
$V^= V^{()} = \{ \vec{0}_V \}$ definiert. = V^{(∅)} = \{ \vec{0}_V \}$ definiert.
\end{notation} \end{notation}
\begin{notation}[Frei erzeugte Vektorräume, Einheitsvektoren]\label{not:14-1-5} \begin{notation}[Frei erzeugte Vektorräume, Einheitsvektoren]\label{not:14-1-5}%
Es sei $k$ ein Körper und es sei $I$ eine Menge. Im Spezialfall, wo $V = k$ Es sei $k$ ein Körper und es sei $I$ eine Menge. Im Spezialfall, wo $V = k$
ist, nennt man $k^I$ auch den \emph{von der Menge $I$ frei erzeugten ist, nennt man $k^I$ auch den \emph{von der Menge $I$ frei erzeugten
Vektorraum}\index{frei erzeugter Vektorraum}. Gegeben ein Element $j ∈ I$, Vektorraum}\index{frei erzeugter Vektorraum}. Gegeben ein Element $j ∈ I$,
betrachte den Vektor betrachte den Vektor
\[ \[
\vec{e}_j := (δ_{ij})_{i ∈ I} ∈ k^{(I)} ⊆ k^I \vec{e}_j := (δ_{ij})_{i ∈ I} ∈ k^{(I)} ⊆ k^I.
\] \]
Die so definierten Vektoren $\vec{e}_i$ heißen Die so definierten Vektoren $\vec{e}_i$ heißen
\emph{Einheitsvektoren}\index{Einheitsvektoren}. \emph{Einheitsvektoren}\index{Einheitsvektoren}.
\end{notation} \end{notation}
\begin{aufgabe}\label{auf:14-1-6} \begin{aufgabe}\label{auf:14-1-6}%
In der Situation von Notation~\ref{not:14-1-5}: beweisen Sie im Detail, dass In der Situation von Notation~\ref{not:14-1-5}: beweisen Sie im Detail, dass
die Menge der Einheitsvektoren eine Basis des Vektorraums $k^{(I)}$ ist. die Menge der Einheitsvektoren eine Basis des Vektorraums $k^{(I)}$ ist.
Finden Sie ein Beispiel, für das die die Menge der Einheitsvektoren keine Finden Sie ein Beispiel, für das die die Menge der Einheitsvektoren keine
Basis des Vektorraums $k^I$ ist. Bemerken Sie, dass der Raum $k^I$ Basis des Vektorraums $k^I$ ist. Bemerken Sie, dass der Raum $k^I$
phantastisch viel größer ist als der Raum $k^{(I)}$. fantastisch viel größer ist als der Raum $k^{(I)}$.
\end{aufgabe} \end{aufgabe}
@ -129,7 +129,7 @@ eindeutig festgelegt.
Diagramm kommutiert: Diagramm kommutiert:
\[ \[
\begin{tikzcd}[column sep=3cm] \begin{tikzcd}[column sep=3cm]
V_i \ar[d, equals] \ar[r, "ι_i\text{, kanon. Injektion}"] & \bigoplus_{j ∈ I} V_j \ar[d, "∃! \varphi"]\\ V_i \ar[d, equals] \ar[r, "ι_i\text{, kanon.~Injektion}"] & \bigoplus_{j ∈ I} V_j \ar[d, "∃! \varphi"]\\
V_i \ar[r, "\varphi_i"'] & W . V_i \ar[r, "\varphi_i"'] & W .
\end{tikzcd} \end{tikzcd}
\] \]
@ -139,11 +139,11 @@ eindeutig festgelegt.
$\varphi$ beweisen. Wie immer beweisen wir die Eindeutigkeit zuerst. Seien $\varphi$ beweisen. Wie immer beweisen wir die Eindeutigkeit zuerst. Seien
also zwei lineare Abbildungen $\varphi_1$ und $\varphi_2$ mit den also zwei lineare Abbildungen $\varphi_1$ und $\varphi_2$ mit den
Eigenschaften des Satzes gegeben. Gegeben einen Index $i$ und einen Vektor Eigenschaften des Satzes gegeben. Gegeben einen Index $i$ und einen Vektor
$\vec{v} ∈ V_i$, ist klar, was die Abbildungen $\varphi_{}$ mit den $\vec{v} ∈ V_i$, ist klar, was die Abbildungen $\varphi_$ mit den
Bildvektoren $ι_i(\vec{v})$ machen müssen, denn aus der Kommutativität des Bildvektoren $ι_i(\vec{v})$ machen müssen, denn aus der Kommutativität des
Diagramm folgt: Diagramms folgt:
\[ \[
\varphi_{} \bigl(ι_i(\vec{v}) \bigr) = \varphi_i(\vec{v}). \varphi_\bigl(ι_i(\vec{v}) \bigr) = \varphi_i(\vec{v}).
\] \]
Also ist schon einmal Also ist schon einmal
$\varphi_1 \bigl(ι_i(\vec{v}) \bigr) = \varphi_2 \bigl(ι_i(\vec{v}) \bigr)$. $\varphi_1 \bigl(ι_i(\vec{v}) \bigr) = \varphi_2 \bigl(ι_i(\vec{v}) \bigr)$.
@ -154,14 +154,14 @@ eindeutig festgelegt.
alle Vektoren $\vec{η} ∈ ⊕ V_j$ gilt. Also ist alle Vektoren $\vec{η} ∈ ⊕ V_j$ gilt. Also ist
$\varphi_1 = \varphi_2$ und Eindeutigkeit ist gezeigt. $\varphi_1 = \varphi_2$ und Eindeutigkeit ist gezeigt.
Wie immer sagt und der Eindeutigkeitsbeweis sofort auch, warum $\varphi$ Wie immer sagt uns der Eindeutigkeitsbeweis sofort auch, warum $\varphi$
existiert: wir können es angeben! Setzen Sie dazu existiert: Wir können es angeben! Setzen Sie dazu
\[ \[
\varphi: \bigoplus_{j ∈ I} V_j → W, \quad (\vec{v}_i)_{i ∈ I} \varphi: \bigoplus_{j ∈ I} V_j → W, \quad (\vec{v}_i)_{i ∈ I}
\sum_{i ∈ I} φ_i(\vec{v}_i) \sum_{i ∈ I} φ_i(\vec{v}_i)
\] \]
und rechen Sie als Hausaufgabe nach, dass dies eine wohldefinierte Abbildung und rechen Sie als Hausaufgabe nach, dass dies eine wohldefinierte Abbildung
ohne unendliche Summe ist, die linear ist und die die Diagramm kommutativ ohne unendliche Summe ist, die linear ist und die das Diagramm kommutativ
macht. macht.
\end{proof} \end{proof}
@ -175,11 +175,10 @@ eindeutig festgelegt.
\end{defn} \end{defn}
\begin{satz}[Universelle Eigenschaften des direkten Produkts] \begin{satz}[Universelle Eigenschaften des direkten Produkts]
In der Situation von Definition~\ref{def:14-1-1} sei $W$ ein In der Situation von Definition~\ref{def:14-1-1} sei $W$ ein $k$-Vektorraum.
$k$-Vektorraum. Weiter sei für jeden Index $i ∈ I$ eine lineare Abbildung Weiter sei für jeden Index $i ∈ I$ eine lineare Abbildung $\varphi_i: W → V_i$
$\varphi_i: W → V_i$ gegeben. Dann existiert genau eine Abbildung gegeben. Dann existiert genau eine Abbildung $\varphi: W → \prod_{j ∈ I}
$\varphi: W → \prod_{j ∈ I} V_j$, so dass für alle $i ∈ I$ das folgende V_j$, sodass für alle $i ∈ I$ das folgende Diagramm kommutiert:
Diagramm kommutiert:
\[ \[
\begin{tikzcd} \begin{tikzcd}
W \ar[d, equals] \ar[r, "∃! \varphi"] & \prod_j V_j \ar[d, "p_i\text{, kanon.\ Projektion}"]\\ W \ar[d, equals] \ar[r, "∃! \varphi"] & \prod_j V_j \ar[d, "p_i\text{, kanon.\ Projektion}"]\\
@ -194,26 +193,25 @@ eindeutig festgelegt.
nämlich $\varphi(\vec{w}) = \left( \varphi_j(\vec{w}) \right)_{j ∈ I}$ sein. nämlich $\varphi(\vec{w}) = \left( \varphi_j(\vec{w}) \right)_{j ∈ I}$ sein.
Damit ist die Eindeutigkeit schon gezeigt. Damit ist die Eindeutigkeit schon gezeigt.
Wie immer sagt und der Wie immer sagt und der Eindeutigkeitsbeweis sofort auch, warum $\varphi$
Eindeutigkeitsbeweis sofort auch, warum $\varphi$ existiert: wir können es existiert: Wir können es angeben! Setzen Sie dazu
angeben! Setzen Sie dazu
\[ \[
\varphi : W → \prod_j V_j, \quad \vec{w}\left( \varphi_j(\vec{w}) \right)_{j ∈ I} \varphi : W → \prod_j V_j, \quad \vec{w}\left( \varphi_j(\vec{w}) \right)_{j ∈ I}
\] \]
und rechen Sie als Hausaufgabe nach, dass dies eine lineare Abbildung ist, die und rechen Sie als Hausaufgabe nach, dass dies eine lineare Abbildung ist, die
die Diagramm kommutativ macht. das Diagramm kommutativ macht.
\end{proof} \end{proof}
\section{Dualität} \section{Dualität}
In der Vorlesung LA1 hatten wir schon gesehen, dass jeder endlich-dimensionale In der Vorlesung LA1 hatten wir schon gesehen, dass jeder endlich-dimensionale
Vektorraum $V$ isomorph zu seinem Dualraum $V^*$ ist. Diese Fakt hatte den Vektorraum $V$ isomorph zu seinem Dualraum $V^*$ ist. Dieser Fakt hatte den
Schönheitsfehler, dass es keinen kanonischen Isomorphismus gab (jedenfalls Schönheitsfehler, dass es keinen kanonischen Isomorphismus gab (jedenfalls so
solange nicht noch ein Skalarprodukt gewählt war). Ich hatte schon in LA1 lange nicht noch ein Skalarprodukt gewählt war). Ich hatte schon in LA1 darauf
darauf hingewiesen, dass dies nicht das einzige Problem ist. hingewiesen, dass dies nicht das einzige Problem ist.
\begin{satz}[Kanonischer Isomorphismus zwischen Dualraum der direkten Summe und direktem Produkt der Dualräume]\label{satz:14-3-1} \begin{satz}[Kanonischer Isomorphismus zwischen Dualraum der direkten Summe und direktem Produkt der Dualräume]\label{satz:14-3-1}%
Es sei $k$ ein Körper, es sei $I$ eine Menge und es sei $(V_i)_{i ∈ I}$ eine Es sei $k$ ein Körper, es sei $I$ eine Menge und es sei $(V_i)_{i ∈ I}$ eine
Familie von $k$-Vektorräumen. Dann gibt es einen kanonischen Isomorphismus Familie von $k$-Vektorräumen. Dann gibt es einen kanonischen Isomorphismus
\[ \[
@ -224,7 +222,7 @@ darauf hingewiesen, dass dies nicht das einzige Problem ist.
\begin{bemerkung} \begin{bemerkung}
Schauen Sie sich noch einmal Aufgabe~\ref{auf:14-1-6} an. Erkennen Sie, dass Schauen Sie sich noch einmal Aufgabe~\ref{auf:14-1-6} an. Erkennen Sie, dass
Satz~\ref{satz:14-3-1} ihnen ein Beispiel für einen Vektorraum $V$ liefert, Satz~\ref{satz:14-3-1} ihnen ein Beispiel für einen Vektorraum $V$ liefert,
dessen Dualraum phantastisch viel größer ist als der Raum selbst. dessen Dualraum fantastisch viel größer ist als der Raum selbst.
\end{bemerkung} \end{bemerkung}
\begin{proof}[Beweis von Satz~\ref{satz:14-3-1}] \begin{proof}[Beweis von Satz~\ref{satz:14-3-1}]