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dc56cc0ff6 | |||
07dfa95c9c |
@ -21,15 +21,15 @@ Diagonalgestalt hat.
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\begin{defn}[Diagonalisierbarer Endomorphismus]
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\begin{defn}[Diagonalisierbarer Endomorphismus]
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In Situation~\ref{sit:LA1}: der Endomorphismus $f$ heißt
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In Situation~\ref{sit:LA1}: der Endomorphismus $f$ heißt
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\emph{diagonalisierbar}\index{diagonalisierbar!Endomorphismus}, falls es eine
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\emph{diagonalisierbar}\index{diagonalisierbar!Endomorphismus}, falls es eine
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Basis $B$ von $V$ gibt, sodass $\Mat^B_B$ eine Diagonalmatrix ist.
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Basis $B$ von $V$ gibt, sodass $\Mat^B_B(f)$ eine Diagonalmatrix ist.
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\end{defn}
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\end{defn}
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Einen entsprechenden Begriff hatten wir auch für Matrizen definiert.
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Einen entsprechenden Begriff hatten wir auch für Matrizen definiert.
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\begin{defn}[Diagonalisierbare Matrix]
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\begin{defn}[Diagonalisierbare Matrix]
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Es sei $k$ ein Körper und $n ∈ ℕ$ eine Zahl. Eine $n ⨯ n$-Matrix $A$ heißt
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Es sei $k$ ein Körper und $n ∈ ℕ$ eine Zahl. Eine $(n ⨯ n)$-Matrix $A$ heißt
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\emph{diagonalisierbar}\index{diagonalisierbar!Matrix}, falls sie einer
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\emph{diagonalisierbar}\index{diagonalisierbar!Matrix}, falls sie einer
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Diagonalmatrix ähnlich ist, d. h. $∃S ∈ Gl_n(k)$, sodass $SAS^{-1}$ eine
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Diagonalmatrix ähnlich ist, d. h. $∃S ∈ GL_n(k)$, sodass $SAS^{-1}$ eine
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Diagonalmatrix ist.
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Diagonalmatrix ist.
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\end{defn}
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\end{defn}
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@ -85,14 +85,14 @@ Punkte abgezogen wurden.}.
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$$
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$$
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g(z) = (z - i)·(z + i)·(z + i)·(z + i)·(z - 2)·(z - 3).
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g(z) = (z - i)·(z + i)·(z + i)·(z + i)·(z - 2)·(z - 3).
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$$
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$$
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Also ist $\deg(g) = 6$ und die Nullstellen von g sind $i$, $2$ und $3$
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Also ist $\deg(g) = 6$ und die Nullstellen von $g$ sind $i$, $2$ und $3$
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(jeweils mit Vielfachheit 1) sowie $-i$ (mit Vielfachheit 3).
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(jeweils mit Vielfachheit 1) sowie $-i$ (mit Vielfachheit 3).
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\end{erinnerung}
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\end{erinnerung}
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\section{Algebraische und geometrische Vielfachheit}
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\section{Algebraische und geometrische Vielfachheit}
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Zurück zur Situation~\ref{sit:LA1}. Wenn ich nun ein Skalar $λ ∈ k$ gegeben
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Zurück zur Situation~\ref{sit:LA1}. Wenn ich nun einen Skalar $λ ∈ k$ gegeben
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habe, kann ich die folgenden zwei Zahlen betrachten.
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habe, kann ich die folgenden zwei Zahlen betrachten.
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\begin{itemize}
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\begin{itemize}
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\item Die \emph{algebraische Vielfachheit von
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\item Die \emph{algebraische Vielfachheit von
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@ -128,9 +128,9 @@ habe, kann ich die folgenden zwei Zahlen betrachten.
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$$
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$$
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\end{prop}
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\end{prop}
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\begin{proof}
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\begin{proof}
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Sei ein Skalar $λ$ gegeben. Falls geometrische Vielfachheit von $λ$ gleich
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Sei ein Skalar $λ$ gegeben. Falls die geometrische Vielfachheit von $λ$ gleich
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Null ist, ist nichts zu zeigen. Sei also die geometrische Vielfachheit $d$
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Null ist, ist nichts zu zeigen. Sei also die geometrische Vielfachheit $d$
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größer als Null. Das bedeutet: Es gibt eine lineare unabhängige (angeordnete)
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größer als Null. Das bedeutet: Es gibt eine linear unabhängige (angeordnete)
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Teilmenge $\{ \vec{v}_1, … , \vec{v}_d \} ⊂ V$, die ich zu einer
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Teilmenge $\{ \vec{v}_1, … , \vec{v}_d \} ⊂ V$, die ich zu einer
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(angeordneten) Basis $B$ von $V$ ergänzen kann. Dann ist die zugehörige
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(angeordneten) Basis $B$ von $V$ ergänzen kann. Dann ist die zugehörige
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Matrix von der Form
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Matrix von der Form
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@ -9,7 +9,7 @@
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\sideremark{Vorlesung 2}Wir hatten im letzten Kapitel ein Beispiel~\ref{bsp:1.1}
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\sideremark{Vorlesung 2}Wir hatten im letzten Kapitel ein Beispiel~\ref{bsp:1.1}
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für einen Endomorphismus gesehen, der nicht diagonalisierbar ist. Aus der
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für einen Endomorphismus gesehen, der nicht diagonalisierbar ist. Aus der
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Traum. In diesem Kapitel werden wir zeigen, dass es aber stets eine Basis gibt,
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Traum. In diesem Kapitel werden wir zeigen, dass es aber stets eine Basis gibt,
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sodass die zugehörende Matrix eine besonders einfache Gestalt hat -- zumindest,
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sodass die dazugehörige Matrix eine besonders einfache Gestalt hat -- zumindest,
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solange wir über den komplexen Zahlen arbeiten. Genauer gesagt: wir werden
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solange wir über den komplexen Zahlen arbeiten. Genauer gesagt: wir werden
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zeigen, dass es eine Basis gibt, sodass die Matrix „Jordansche Normalform“
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zeigen, dass es eine Basis gibt, sodass die Matrix „Jordansche Normalform“
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hat\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Camille_Jordan}{Marie Ennemond
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hat\footnote{\href{https://de.wikipedia.org/wiki/Camille_Jordan}{Marie Ennemond
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@ -62,7 +62,7 @@ auch eine Menge Videos auf
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\end{bsp}
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\end{bsp}
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\begin{defn}[Jordansche Normalform]
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\begin{defn}[Jordansche Normalform]
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Es sei $k$ ein Körper und $n ∈ ℕ$ sei eine Zahl. Eine $n ⨯ n$-Matrix $A =
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Es sei $k$ ein Körper und $n ∈ ℕ$ sei eine Zahl. Eine $(n ⨯ n)$-Matrix $A =
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(a_{ij})$ hat \emph{Jordansche Normalform}\index{Jordansche Normalform}, falls
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(a_{ij})$ hat \emph{Jordansche Normalform}\index{Jordansche Normalform}, falls
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$A$ Blockgestalt hat, wobei auf der Diagonalen Jordanblöcke stehen und alle
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$A$ Blockgestalt hat, wobei auf der Diagonalen Jordanblöcke stehen und alle
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anderen Blöcke gleich Null sind.
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anderen Blöcke gleich Null sind.
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@ -110,13 +110,13 @@ Das Ziel dieses Kapitels ist jetzt, den folgenden Satz zu beweisen.
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\begin{satz}[Jordansche Normalform]\label{satz:JNF}%
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\begin{satz}[Jordansche Normalform]\label{satz:JNF}%
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Es sei $V$ ein endlich-dimensionaler Vektorraum über den komplexen Zahlen, und
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Es sei $V$ ein endlich-dimensionaler Vektorraum über den komplexen Zahlen, und
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es sei $f ∈ \End(V)$ ein Endomorphismus. Dann gibt es eine angeordnete Basis
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es sei $f ∈ \End(V)$ ein Endomorphismus. Dann gibt es eine angeordnete Basis
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$\mathcal{B}$ von $V$, sodass die darstellende Matrix $\Mat^B_B(f)$ Jordansche
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$B$ von $V$, sodass die darstellende Matrix $\Mat^B_B(f)$ Jordansche
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Normalform hat.
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Normalform hat.
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\end{satz}
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\end{satz}
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\begin{notation}
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\begin{notation}
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Situation wie in Satz~\ref{satz:JNF}. Eine
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Situation wie in Satz~\ref{satz:JNF}. Eine
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\emph{Jordanbasis}\index{Jordanbasis} ist eine angeordnete Basis $\mathcal{B}$
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\emph{Jordanbasis}\index{Jordanbasis} ist eine angeordnete Basis $B$
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von $V$, sodass die darstellende Matrix $\Mat^B_B(f)$ Jordansche Normalform
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von $V$, sodass die darstellende Matrix $\Mat^B_B(f)$ Jordansche Normalform
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hat.
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hat.
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\end{notation}
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\end{notation}
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@ -139,7 +139,7 @@ Warum die folgenden Definitionen? Schauen Sie sich \video{2-1} an.
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\begin{defn}[Nilpotente Endomorphismen]\label{def:NEnd}%
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\begin{defn}[Nilpotente Endomorphismen]\label{def:NEnd}%
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Es sei $k$ ein Körper, es sei $V$ ein endlich-dimensionaler $k$-Vektorraum und
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Es sei $k$ ein Körper, es sei $V$ ein endlich-dimensionaler $k$-Vektorraum und
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es sei $f ∈ \End(V)$. Nenne den Endomorphismus $f$
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es sei $f ∈ \End(V)$. Nenne den Endomorphismus $f$
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\emph{nilpotent}\index{nilpotent!Endomorphismus}, falls seine Zahl $m ∈ ℕ$
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\emph{nilpotent}\index{nilpotent!Endomorphismus}, falls eine Zahl $m ∈ ℕ$
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existiert, sodass $f^m = f ◦ ⋯ ◦ f$ die Nullabbildung ist. Die kleinste
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existiert, sodass $f^m = f ◦ ⋯ ◦ f$ die Nullabbildung ist. Die kleinste
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solche Zahl $m$ heißt \emph{Nilpotenzindex von
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solche Zahl $m$ heißt \emph{Nilpotenzindex von
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$f$}\index{Nilpotenzindex!Endomorphismus}.
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$f$}\index{Nilpotenzindex!Endomorphismus}.
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@ -148,7 +148,7 @@ Warum die folgenden Definitionen? Schauen Sie sich \video{2-1} an.
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\begin{defn}[Nilpotente Matrizen]
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\begin{defn}[Nilpotente Matrizen]
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Es sei $k$ ein Körper, es sei $n ∈ ℕ$ eine Zahl und $A$ eine $( n⨯ n)$-Matrix
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Es sei $k$ ein Körper, es sei $n ∈ ℕ$ eine Zahl und $A$ eine $( n⨯ n)$-Matrix
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mit Werten in $k$. Nenne die Matrix $A$
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mit Werten in $k$. Nenne die Matrix $A$
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\emph{nilpotent}\index{nilpotent!Matrix}, falls seine Zahl $m ∈ ℕ$ existiert,
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\emph{nilpotent}\index{nilpotent!Matrix}, falls eine Zahl $m ∈ ℕ$ existiert,
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sodass $A^m = A ⋯ A$ die Nullmatrix ist. Die kleinste solche Zahl $m$ heißt
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sodass $A^m = A ⋯ A$ die Nullmatrix ist. Die kleinste solche Zahl $m$ heißt
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\emph{Nilpotenzindex von $A$}\index{Nilpotenzindex!Matrix}.
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\emph{Nilpotenzindex von $A$}\index{Nilpotenzindex!Matrix}.
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\end{defn}
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\end{defn}
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@ -165,7 +165,7 @@ Warum die folgenden Definitionen? Schauen Sie sich \video{2-1} an.
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\begin{beobachtung}
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\begin{beobachtung}
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Matrizen, die ähnlich zu einer nilpotenten Matrix sind, sind selbst nilpotent.
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Matrizen, die ähnlich zu einer nilpotenten Matrix sind, sind selbst nilpotent.
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Genauer: Sei $A$ eine $(n ⨯ n)$-Matrix und sei $S ∈ Gl(n, k)$, sodass $N :=
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Genauer: Sei $A$ eine $(n ⨯ n)$-Matrix und sei $S ∈ GL(n, k)$, sodass $N :=
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SAS^{-1}$ nilpotent ist mit Index $m$. Dann ist
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SAS^{-1}$ nilpotent ist mit Index $m$. Dann ist
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$$
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$$
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0 = N^m = SAS^{-1} · SAS^{-1} · ⋯ · SAS^{-1} = SA^mS^{-1}.
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0 = N^m = SAS^{-1} · SAS^{-1} · ⋯ · SAS^{-1} = SA^mS^{-1}.
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@ -272,7 +272,7 @@ und Eigenraum viel enger: Der Hauptraum erklärt die geometrische Bedeutung der
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0 & A
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0 & A
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\end{array}\right).
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\end{array}\right).
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$$
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Es ist $χ_f(t) = (t-λ)·χ_A(t)$ und deshalb ist $λ$ eine $(r-1)$-fache
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Es ist $χ_f(t) = (λ-t)·χ_A(t)$ und deshalb ist $λ$ eine $(r-1)$-fache
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Nullstelle des Polynoms $χ_A$.
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Nullstelle des Polynoms $χ_A$.
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@ -355,7 +355,7 @@ und Eigenraum viel enger: Der Hauptraum erklärt die geometrische Bedeutung der
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\begin{align*}
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\begin{align*}
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\vec{v}¹_1, …, \vec{v}¹_{r_1} & \quad \text{eine Basis von } W_1 \\
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\vec{v}¹_1, …, \vec{v}¹_{r_1} & \quad \text{eine Basis von } W_1 \\
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\vec{v}²_1, …, \vec{v}²_{r_2} & \quad \text{eine Basis von } W_2 \\
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\vec{v}²_1, …, \vec{v}²_{r_2} & \quad \text{eine Basis von } W_2 \\
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… \\
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\vdots \\
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\vec{v}^k_1, …, \vec{v}^k_{r_k} & \quad \text{eine Basis von } W_k.
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\vec{v}^k_1, …, \vec{v}^k_{r_k} & \quad \text{eine Basis von } W_k.
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\end{align*}
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\end{align*}
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Dann ist $\mathcal{B} := \{\vec{v}¹_1, …, \vec{v}¹_{r_1}, \vec{v}²_1, …,
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Dann ist $\mathcal{B} := \{\vec{v}¹_1, …, \vec{v}¹_{r_1}, \vec{v}²_1, …,
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