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\ProvidesClass{lecture}
\LoadClass[a4paper]{article}
\LoadClass[a4paper, titlepage]{article}

\RequirePackage[utf8]{inputenc}
\RequirePackage[T1]{fontenc}
@@ -20,6 +20,7 @@

\usetikzlibrary{quotes, angles}

\DeclareOption*{\PassOptionsToClass{\CurrentOption}{article}}
\DeclareOption{uebung}{
\makeatletter
\lhead{\@title}


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@@ -1,4 +1,4 @@
\documentclass{../../../lecture}
\documentclass[titlepage]{../../../lecture}

\usepackage{standalone}
\usepackage{tikz}
@@ -9,6 +9,11 @@

\begin{document}

\maketitle

\tableofcontents
\newpage

\input{analysis1-2.tex}
\input{analysis3.tex}
\input{analysis4.tex}
@@ -22,7 +27,7 @@
\input{analysis12.tex}
\input{analysis13.tex}
\input{analysis14.tex}
\input{analysis14.tex}
\input{analysis15.tex}
\input{analysis16.tex}

\end{document}

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\begin{document}

\maketitle

\newpage
\tableofcontents
\newpage

\section{Grundlagen}

\subsection{Mengen und Aussagen}


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@@ -305,7 +305,7 @@ Kostina glaubt, dass das so stimmt, aber offensichtlich ist sie sich nicht siche
definiert durch
\[
\sum_{n=0}^{\infty} a_n (z - z_0)^{n}, z \in \mathbb{C}
.\] $a_n \in \mathbb{C}, \forall n \in N_0$
.\] $a_n \in \mathbb{C}, \forall n \in \N_0$
\end{definition}

\begin{bsp}[Exponentialreihe]


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@@ -22,7 +22,7 @@
\subsection{Grenzwerte bei Funktionen}

\begin{definition}[Berührpunkt]
Sei $D \in \R$. Ein Punkt $a \in \R$ heißt Berührpunkt von $D$, falls
Sei $D \subset \R$. Ein Punkt $a \in \R$ heißt Berührpunkt von $D$, falls
in jeder $\delta$-Umgebung von $a$, d.h.
\[
U_{\delta}(a) := ]a - \delta, a + \delta[ = (a-\delta, a+\delta)


+ 1
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@@ -185,7 +185,7 @@ in dieser Umgebung.
\end{definition}

\begin{satz}
Stetige reelwertige Funktionen nehmen auf kompakten Mengen
Stetige reellwertige Funktionen nehmen auf kompakten Mengen
ihr Minimum und Maximum an, d.h.
$f\colon D \to \R$ stetig, $D$ kompakt, dann ex. $x_{min}, x_{max} \in D$ mit \\
$f(x_{min}) = \text{inf } \{f(x) \mid x \in D\} $ \\


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@@ -0,0 +1,285 @@
\documentclass[uebung]{../../../lecture}

\title{IPI: Übungsblatt 8}
\author{Samuel Weidemaier, Christian Merten}

\usepackage[]{listings}

\usepackage{xcolor}
\lstdefinestyle{mystyle}{
commentstyle=\color{gray},
language=C++,
keywordstyle=\color{blue},
numberstyle=\tiny\color{gray},
stringstyle=\color{black},
basicstyle=\ttfamily\footnotesize,
breakatwhitespace=false,
breaklines=true,
captionpos=b,
keepspaces=true,
numbers=left,
numbersep=5pt,
showspaces=false,
showstringspaces=false,
showtabs=false,
tabsize=2
}
\lstset{style=mystyle}


\begin{document}

\punkte

\begin{aufgabe} Konstruktoren

\begin{tabular}{llllllllllll}
\textbf{37}: & a int-Konstruktor & b int-Konstruktor \\
\textbf{38}: & c Copy-Konstruktor & d Konstruktor & e Konstruktor \\
\textbf{39}: & d int-Zuweisung \\
\textbf{40}: & T Copy-Konstruktor & T Addition & U int-Konstruktor & V Copy-Konstruktor
& U Destruktor \\
& W Copy-Konstruktor & V Destruktor & d Zuweisung & W Destruktor & T Destruktor\\
\textbf{41}: & d Addition & T int-Konstruktor & U Copy-Konstruktor & T Destruktor & U Addition \\
& V int-Konstruktor & W Copy-Konstruktor & V Destruktor & e Zuweisung & W Destruktor\\
& U Destruktor \\
\textbf{42}: & e Destruktor & d Destruktor & c Destruktor & b Destruktor & a Destruktor \\
\end{tabular}

\end{aufgabe}

\begin{aufgabe}
\begin{enumerate}[(a)]
\item Der Implementierung liegt weiterhin eine einfach verkettete Liste zu Grunde. Konkret
wird die \lstinline{struct IntListElem} verwendet.
Es wird ein Zeiger \lstinline{IntListElem* first} auf das erste Listenelement, eine
Variable \lstinline{int count}, die die Länge der Liste speichert und zwei Hilfsmethoden,
\lstinline{IntListElem* getListElement(int position)}, die einen Zeiger auf das interne
Listenelement zurückgibt und \lstinline{void copy(IntList& other)}, die die Listenelemente
von einer anderen Liste kopiert, verwendet.

Der leere Konstruktor setzt \lstinline{first} und \lstinline{count} auf 0, genauso wie
der Destruktor. Dies führt zur Initialisierung bzw. Leerung der Liste. Der Copy-Konstruktor
bzw. Zuweisungsoperator initialisieren bzw. leeren die Liste ebenfalls zunächst und
kopieren dann mithilfe der \lstinline{copy} Methode, die Elemente einer zweiten Liste.
\item

\begin{lstlisting}[language=C++, title=listclass.cpp, captionpos=b]
#include<stdio.h>

// a list element
struct IntListElem {
int value; // int value
IntListElem* next; // pointer to the next element
};

// A list of integers
// Beware: indexing is done starting from 1 as the excercise sheet requests it
class IntList {
public:
// empty constructor, creates an empty list
IntList();
// copy constructor, intializes by copying from 'other'
IntList(IntList& other);

// assignment operator, removes own elements and copies from 'other'
IntList& operator=(IntList& other);

// destructor, removes list content
~IntList();

// returns the number of elements in the list
int getCount();

// returns if the list is empty
bool isEmpty();

// prints the list
void print();

// inserts 'element' in the beginning of the list
void insert(int element);

// inserts 'element' AFTER 'position'
void insert(int element, int position);

// removes the element AFTER 'position'
void remove(int position);

// returns the element AT 'position'
int getElement(int position);
private:
// pointer to first element
IntListElem* first;
// element count
int count;

// returns the IntListElem AT 'position'
IntListElem* getListElement(int position);

// Kopiert die Liste 'other'
void copy(IntList& other);
};

// creates new empty list
IntList::IntList() {
first = 0;
count = 0;
}

// creates a new list by copying an old one
IntList::IntList(IntList& list) {
copy(list);
}

// Assignment operator
IntList& IntList::operator=(IntList& other) {
if (this == &other) { // if assigning to the same object
return *this; // do nothing
}
copy(other); // otherwise copy contents
return *this;
}

// destroys the list
IntList::~IntList() {
first = 0; // remove the connection to the list elements
count = 0; // reset list count
};

// private helper that copies from 'other' list
void IntList::copy(IntList& other) {
// clear and copy elements
first = 0;
count = 0;
// copy element by element from 'other' to this new list
for (int i = 1; i <= other.count; i++) {
insert(other.getElement(i), i-1);
}
}

// private helper that returns the list element struct AT 'position'
IntListElem* IntList::getListElement(int position) {
IntListElem* current = first;
for (int i = 1; i < position; i++) {
// if list is not long enough
if (current->next == 0) {
// return the last element
return current;
}
current = current->next;
}
return current;
}

// return element AT 'position'
int IntList::getElement(int position) {
if (position < 1 || position > count) {
printf("Error: Index out of Bounds, no element at position %d\n", position);
return -1;
}
return getListElement(position)->value; // return the value of the element
}

// insert 'element' AFTER 'position'
void IntList::insert(int element, int position) {
if (position < 0 || position > count) { // check for invalid positions
printf("Error: Index out of Bounds, can't insert.\n");
return;
}
IntListElem* elem = new IntListElem(); // create a new list element
elem->value = element; // with the given value
if (position == 0) { // insert in the very beginning
elem->next = first; // the successor of elem is the old first, now second element
first = elem; // make the new element the new first
} else {
IntListElem* where = getListElement(position); // find the element to insert after
elem->next = where->next; // make the old successor of where now follow elem
where->next = elem; // make elem the new successor of where
}
count += 1;
return;
}

// insert 'element' in the very beginning of the list
void IntList::insert(int element) {
insert(element, 0); // insert AFTER position 0
}

// remove next element AFTER 'position'
void IntList::remove(int position) {
if (position < 0 || position >= count) { // check for invalid positions
printf("Error: Index out of bounds, can't remove after %d\n", position);
return;
}
if (position == 0) { // remove first element
first = first->next; // new first is the new element
} else {
IntListElem* where = getListElement(position); // find the element to remove after
where->next = where->next->next; // remove by skipping the next element of where
}
count -= 1; // reduce element count
return;
}

// check if list is empty
bool IntList::isEmpty() {
return count == 0;
}

// returns the list's size
int IntList::getCount() {
return count;
}

// print a list of integers
void IntList::print() {
printf("["); // opening brackets
IntListElem* current = first;
while (current != 0) { // while not last element
printf("%d", current->value); // print value
if (current->next != 0) {
printf(", "); // if not the last element, append a comma
}
current = current->next; // go to next
}
printf("]\n"); // closing brackets
}

int main() {
IntList list;
list.insert(30);
list.insert(20);
list.insert(10);
list.print();

list.remove(2);
list.print();

list.insert(30,2);
list.print();

list.insert(40,3);
list.print();

IntList copy(list);
copy.print();

copy.remove(0);
copy.print();
list.print();

copy = list;
copy.print();

return 0;
}
\end{lstlisting}
\end{enumerate}
\end{aufgabe}

\end{document}

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#include<stdio.h>

// a list element
struct IntListElem {
int value; // int value
IntListElem* next; // pointer to the next element
};

// A list of integers
// Beware: indexing is done starting from 1 as the excercise sheet requests it
class IntList {
public:
// empty constructor, creates an empty list
IntList();
// copy constructor, intializes by copying from 'other'
IntList(IntList& other);

// assignment operator, removes own elements and copies from 'other'
IntList& operator=(IntList& other);

// destructor, removes list content
~IntList();

// returns the number of elements in the list
int getCount();

// returns if the list is empty
bool isEmpty();

// prints the list
void print();

// inserts 'element' in the beginning of the list
void insert(int element);

// inserts 'element' AFTER 'position'
void insert(int element, int position);

// removes the element AFTER 'position'
void remove(int position);

// returns the element AT 'position'
int getElement(int position);
private:
// pointer to first element
IntListElem* first;
// element count
int count;

// returns the IntListElem AT 'position'
IntListElem* getListElement(int position);

// Kopiert die Liste 'other'
void copy(IntList& other);
};

// creates new empty list
IntList::IntList() {
first = 0;
count = 0;
}

// creates a new list by copying an old one
IntList::IntList(IntList& list) {
copy(list);
}

// Assignment operator
IntList& IntList::operator=(IntList& other) {
if (this == &other) { // if assigning to the same object
return *this; // do nothing
}
copy(other); // otherwise copy contents
return *this;
}

// destroys the list
IntList::~IntList() {
first = 0; // remove the connection to the list elements
count = 0; // reset list count
};

// private helper that copies from 'other' list
void IntList::copy(IntList& other) {
// clear and copy elements
first = 0;
count = 0;
// copy element by element from 'other' to this new list
for (int i = 1; i <= other.count; i++) {
insert(other.getElement(i), i-1);
}
}

// private helper that returns the list element struct AT 'position'
IntListElem* IntList::getListElement(int position) {
IntListElem* current = first;
for (int i = 1; i < position; i++) {
// if list is not long enough
if (current->next == 0) {
// return the last element
return current;
}
current = current->next;
}
return current;
}

// return element AT 'position'
int IntList::getElement(int position) {
if (position < 1 || position > count) {
printf("Error: Index out of Bounds, no element at position %d\n", position);
return -1;
}
return getListElement(position)->value; // return the value of the element
}

// insert 'element' AFTER 'position'
void IntList::insert(int element, int position) {
if (position < 0 || position > count) { // check for invalid positions
printf("Error: Index out of Bounds, can't insert.\n");
return;
}
IntListElem* elem = new IntListElem(); // create a new list element
elem->value = element; // with the given value
if (position == 0) { // insert in the very beginning
elem->next = first; // the successor of elem is the old first, now second element
first = elem; // make the new element the new first
} else {
IntListElem* where = getListElement(position); // find the element to insert after
elem->next = where->next; // make the old successor of where now follow elem
where->next = elem; // make elem the new successor of where
}
count += 1;
return;
}

// insert 'element' in the very beginning of the list
void IntList::insert(int element) {
insert(element, 0); // insert AFTER position 0
}

// remove next element AFTER 'position'
void IntList::remove(int position) {
if (position < 0 || position >= count) { // check for invalid positions
printf("Error: Index out of bounds, can't remove after %d\n", position);
return;
}
if (position == 0) { // remove first element
first = first->next; // new first is the new element
} else {
IntListElem* where = getListElement(position); // find the element to remove after
where->next = where->next->next; // remove by skipping the next element of where
}
count -= 1; // reduce element count
return;
}

// check if list is empty
bool IntList::isEmpty() {
return count == 0;
}

// returns the list's size
int IntList::getCount() {
return count;
}

// print a list of integers
void IntList::print() {
printf("["); // opening brackets
IntListElem* current = first;
while (current != 0) { // while not last element
printf("%d", current->value); // print value
if (current->next != 0) {
printf(", "); // if not the last element, append a comma
}
current = current->next; // go to next
}
printf("]\n"); // closing brackets
}

int main() {
IntList list;
list.insert(30);
list.insert(20);
list.insert(10);
list.print();

list.remove(2);
list.print();

list.insert(30,2);
list.print();

list.insert(40,3);
list.print();

IntList copy(list);
copy.print();

copy.remove(0);
copy.print();
list.print();

copy = list;
copy.print();

return 0;
}

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ws2019/la/uebungen/la9.pdf Näytä tiedosto


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ws2019/la/uebungen/la9.tex Näytä tiedosto

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\documentclass[uebung]{../../../lecture}

\author{Christian Merten}
\title{Lineare Algebra 1: Übungsblatt Nr. 9}

\usepackage[]{gauss}

\begin{document}

\punkte

\begin{aufgabe}
\begin{enumerate}[(a)]
\item Es seien $f\colon V \to W$ und $g: W \to V$ lineare Abbildungen
zwischen $V$ und $W$ Vektorräumen.

Beh.: Es existiert genau dann ein $v \in V \setminus \{0\} $ mit $(g \circ f)(v) = v$, wenn
es ein $w \in W \setminus \{0\} $ gibt mit $(f \circ g)(w) = w$.
\begin{proof}
,,$\implies$'' Es sei $w \in W$ mit $(f \circ g)(w) = w$. Dann
definiere $v := g(w)$. Wegen $f(g(w)) = f(v) = w$ folgt $g(f(v)) = g(w) = v$.

,,$\impliedby$'' folgt analog.
\end{proof}
\item Es sei $A \in M_{n,m}(K)$ und $B \in M_{m,n}(K)$.

Beh.: $E_n - AB$ invertierbar $\iff$ $E_m - BA$ invertierbar.
\begin{proof}
,,$\implies$'' Es seien $a\colon K^{m} \to K^{n}$ und $b\colon K^{n} \to K^{m}$ die
zu $A$ und $B$ gehörigen Abbildungen.
Da $E_{n} - AB$ invertierbar, folgt $id_{K^{n}} - a \circ b$ ist Automorphismus.
Also ist zu zeigen, dass
der Endomorphismus $id_{K^{m}} - b \circ a$ bijektiv ist.

Da $id_{K^{n}} - a \circ b$ bijektiv, insbesondere injektiv ist, folgt
\begin{align*}
&\text{ker}(id_{K^{n}} - a \circ b) = \{0\} \\
\implies & id_{K^{n}}(v) - a(b(v)) \neq 0 \quad \forall v \in V \setminus \{0\} \\
\implies &v \neq a(b(v)) \quad \forall v \in V \setminus \{0\}
\intertext{Sei nun $w \in K^{m}$ mit $id_{K^{m}} - b(a(w)) = 0$.}
\implies & w = b(a(w)) \\
\stackrel{\text{1a)}}{\implies} &w = 0
.\end{align*}
Damit ist $id_{K^{m}} - b \circ a$ ein injektiver Endomorphismus, also
auch bijektiv, also Automorphismus.\\
$\implies E_m - BA$ invertierbar.

,,$\impliedby$'' folgt analog.
\end{proof}
\end{enumerate}
\end{aufgabe}

\begin{aufgabe} Es sei $K$ Körper und $A \in M_{n,m}(K)$ und $B \in M_{m,n}(K)$ mit $ABA = A$.
\begin{enumerate}[(a)]
\item Beh.: $\text{ker } A = \{x - BAx \mid x \in K^{m}\} $
\begin{proof}
Zz.: $\text{ker } A \subset \{x - BAx \mid x \in K^{m}\} $
Sei $x \in \text{ker } A$, d.h. $Ax = 0$, damit:
\[
x - BAx = x - B\cdot 0 = x
.\]

Zz.: $\{x - BAx \mid x \in K^{m}\} \subset \text{ker } A$

Sei $r \in K^{m}$, dann $x := r - BAr$. Damit folgt:
\begin{align*}
Ax = Ar - ABAr \stackrel{ABA=A}{=} Ar - Ar = 0
.\end{align*}
\end{proof}
\item Beh.: $Ax = b$ hat eine Lösung $\iff ABb = b$
\begin{proof}
\begin{align*}
& Ax = b \text{ hat eine Lösung} \\
\iff & b \in \text{Bild}(A) \\
\iff & \exists x \in K^{m}\colon Ax = ABAx = AB(Ax) = b \\
\iff & ABb = b
.\end{align*}
\end{proof}

Beh.: $L := \{x \in K^{m} \mid Ax = b\} = \{Bb + x' - BAx' \mid x' \in K^{m}\} $
\begin{proof}
\begin{enumerate}[(i)]
\item Zz.: $L \subset \{Bb + x - BAx \mid x \in K^{m}\} $,

Sei $x \in L$ beliebig, d.h. $Ax = b$. Nun g.z.z
$\exists r \in K^{m}\colon x = Bb + r - BAr$. Wähle $k := x - Bb \in K^{m}$. Damit:
\begin{align*}
&Ak = Ax - ABb \stackrel{ABb = b}{=} b - b = 0 \\
\implies &k \in \text{ker}(A)\\
\stackrel{(a)}{\implies} & \exists r \in K^{m}\colon k = r - BAr. \text{ Fixiere }r \\
\implies & Bb + r - BAr = Bb + k = Bb + x - Bb = x
.\end{align*}
\item Zz.: $\{Bb + x - BAx \mid x \in K^{m}\} \subset L$.

Sei $r \in K^{m}$ beliebig, dann definiere $x := Bb + r - BAr \in K^{m}$.
Nun g.z.z. $Ax = b$.
\begin{align*}
Ax = ABb + Ar - ABAr \stackrel{ABb = b}{=} b + Ar - ABAr
\stackrel{ABA = A}{=} b
.\end{align*}
\end{enumerate}
\end{proof}
\end{enumerate}
\end{aufgabe}

\begin{aufgabe}
\begin{align*}
&\begin{gmatrix}[p]
1 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & 1 \\ 1 & 1 & 0
\rowops
\add[-1]{0}{2}
\end{gmatrix}
\to
\begin{gmatrix}[p] 1 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0
\rowops
\add[-1]{1}{0}
\end{gmatrix}
\to
\begin{pmatrix} 1 & 0 & -1 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}
\intertext{$\implies$ Rang 2}
&\begin{gmatrix}[p]
1 & 1 & 0 \\ 2 & 1 & 1 \\ 1 & 1 & 1
\rowops
\add[-2]{0}{1}
\end{gmatrix}
\to
\begin{gmatrix}[p] 1 & 1 & 0 \\ 0 & -1 & 0 \\ 1 & 1 & 1
\rowops
\add[-1]{0}{2}
\mult{1}{\scriptstyle\cdot-1}
\end{gmatrix}
\to
\begin{gmatrix}[p] 1 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1
\rowops
\add[-1]{1}{0}
\end{gmatrix}
\to
\begin{gmatrix}[p] 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1
\end{gmatrix}
\intertext{$\implies$ Rang 3}
&\begin{gmatrix}[p]
1 & 0 & 2 \\ 1 & 1 & 4
\rowops
\add[-1]{0}{1}
\end{gmatrix}
\to
\begin{gmatrix}[p] 1 & 0 & 2 \\ 0 & 1 & 2
\rowops
\end{gmatrix}
\intertext{$\implies$ Rang 2}
&\begin{gmatrix}[p]
1 & 2 & 1 \\ 2 & 4 & 2
\rowops
\add[-2]{0}{1}
\end{gmatrix}
\to
\begin{gmatrix}[p] 1 & 2 & 1 \\ 0 & 0 & 0
\end{gmatrix}
\intertext{$\implies$ Rang 1 \vspace{2mm}\newline Für $a = 1$ folgt direkt:}
&\begin{gmatrix}[p]
a & 1 & a \\ 1 & a & 1 \\ a & 1 & a
\end{gmatrix}
=
\begin{gmatrix}[p] 1 & 1 & 1 \\ 1 & 1 & 1 \\ 1 & 1 & 1
\rowops
\add[-1]{0}{1}
\add[-1]{0}{2}
\end{gmatrix}
\to
\begin{gmatrix}[p] 1 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0
\end{gmatrix}
\intertext{$\implies$ Rang 1 \vspace{2mm}\newline Für $a = -1$ folgt}
&\begin{gmatrix}[p]
a & 1 & a \\ 1 & a & 1 \\ a & 1 & a
\end{gmatrix}
=
\begin{gmatrix}[p] -1 & 1 & -1 \\ 1 & -1 & 1 \\ -1 & 1 & -1
\rowops
\add{0}{1}
\add[-1]{0}{2}
\mult{0}{\scriptstyle\cdot -1}
\end{gmatrix}
\to
\begin{gmatrix}[p] 1 & -1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0
\end{gmatrix}
\intertext{$\implies$ Rang 0 \vspace{2mm} \newline
Für $a \neq 1 \land a \neq -1 \implies 1 - a^2 \neq 0$, damit:}
&\begin{gmatrix}[p]
a & 1 & a \\ 1 & a & 1 \\ a & 1 & a
\rowops
\add[-1]{0}{2}
\end{gmatrix}
\to
\begin{gmatrix}[p] a & 1 & a \\ 1 & a & 1 \\ 0 & 0 & 0
\rowops
\swap{0}{1}
\end{gmatrix}
\to
\begin{gmatrix}[p] 1 & a & 1 \\ a & 1 & a \\ 0 & 0 & 0
\rowops
\add[-a]{0}{1}
\end{gmatrix}
\to
\begin{gmatrix}[p] 1 & a & 1 \\ 0 & 1-a^2 & 0 \\ 0 & 0 & 0
\rowops
\mult{1}{\scriptstyle\cdot \frac{1}{1-a^2}}
\end{gmatrix}\\
\to
&\begin{gmatrix}[p] 1 & a & 1 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0
\rowops
\add[-a]{1}{0}
\end{gmatrix}
\to
\begin{gmatrix}[p]
1 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0
\end{gmatrix}
\end{align*}
$\implies$ Rang 2
\end{aufgabe}

\begin{aufgabe}
\begin{enumerate}[(a)]
\item Beh.: $\underline{v} = \left( (1,2)^{t}, (0, -1)^{t} \right) $ ist Basis von $\Q^{2}$.
\begin{proof}
Zu zeigen.: $\underline{v}$ ist linear unabhängig
Seien $a, b \in \Q$ mit
\begin{align*}
&a \cdot \binom{1}{2} + b \binom{0}{-1} = 0 \\
\implies & a = 0 \land 2a -b = 0 \implies b = 0
.\end{align*}
$\implies$ $\underline{v}$ ist linear unabhängig wegen $\text{dim } \Q^{2} = 2$ eine Basis
von $\Q^{2}$.
\end{proof}
Beh.: $\underline{w} = \left( (1,1)^{t}, (3,2)^{t} \right) $ ist Basis von $\Q^{2}$
\begin{proof}
Zu zeigen.: $\underline{v}$ ist linear unabhängig
Seien $a, b \in \Q$ mit
\begin{align*}
&a \cdot \binom{1}{1} + b \binom{3}{2} = 0 \\
\implies & a + 3b = 0 \land a +2b = 0
\implies b = a = 0
.\end{align*}
$\implies$ $\underline{v}$ ist linear unabhängig wegen $\text{dim } \Q^{2} = 2$ eine Basis
von $\Q^{2}$.
\end{proof}

Beh.:
\[
T = M_{\underline{e}}^{\underline{v}}(\text{id}_V) =
\begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 0 & -1 \end{pmatrix}
.\]
\begin{proof}
Zu Überprüfen für die zwei Basisvektoren aus $\underline{v}$.
\begin{enumerate}[(i)]
\item $v_1 = (1,2)^{t}$. $\phi(v_1) = (1,0)^{t}$.
\begin{align*}
\begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 0 & -1 \end{pmatrix}
\cdot \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \end{pmatrix}
= \begin{pmatrix} 1 \\ 2 \end{pmatrix}
.\end{align*}
\item $v_2 = (0,-1)^{t}$. $\phi(v_2) = (0,1)^{t}$.
\begin{align*}
\begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 0 & -1 \end{pmatrix}
\cdot \begin{pmatrix} 0 \\ 1 \end{pmatrix}
= \begin{pmatrix} 0 \\ -1 \end{pmatrix}
.\end{align*}
\end{enumerate}
\end{proof}

Beh.:
\[
T = M_{\underline{e}}^{\underline{w}}(\text{id}_V) =
\begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 3 & 2 \end{pmatrix}
.\]
\begin{proof}
Zu Überprüfen für die zwei Basisvektoren aus $\underline{w}$.
\begin{enumerate}[(i)]
\item $w_1 = (1,1)^{t}$. $\phi(w_1) = (1,0)^{t}$.
\begin{align*}
\begin{pmatrix} 1 & 3 \\ 1 & 2 \end{pmatrix}
\cdot \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \end{pmatrix}
= \begin{pmatrix} 1 \\ 1 \end{pmatrix}
.\end{align*}
\item $w_2 = (3,2)^{t}$. $\phi(w_2) = (0,1)^{t}$.
\begin{align*}
\begin{pmatrix} 1 & 3 \\ 1 & 2 \end{pmatrix}
\cdot \begin{pmatrix} 0 \\ 1 \end{pmatrix}
= \begin{pmatrix} 3 \\ 2 \end{pmatrix}
.\end{align*}
\end{enumerate}
\end{proof}
\item
\begin{align*}
&\begin{gmatrix}[p]
1 & 0 \\ 2 & -1
\end{gmatrix}
\begin{gmatrix}[p]
1 & 0 \\ 0 & 1
\rowops
\add[-2]{0}{1}
\mult{1}{\scriptstyle\cdot -1}
\end{gmatrix}
\to
\begin{gmatrix}[p]
1 & 0 \\ 0 & 1
\end{gmatrix}
\begin{gmatrix}[p]
1 & 0 \\ 2 & -1
\end{gmatrix}
\intertext{$\implies T = \left(M_{\underline{e}}^{\underline{v}}\right)^{-1} =
\begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 2 & -1 \end{pmatrix}$ }
&\begin{gmatrix}[p]
1 & 3 \\ 1 & 2
\end{gmatrix}
\begin{gmatrix}[p]
1 & 0 \\ 0 & 1
\rowops
\add[-1]{0}{1}
\mult{1}{\scriptstyle\cdot -1}
\end{gmatrix}
\to
\begin{gmatrix}[p]
1 & 3 \\ 0 & 1
\end{gmatrix}
\begin{gmatrix}[p]
1 & 0 \\ 1 & -1
\rowops
\add[-3]{1}{0}
\end{gmatrix}
\to
\begin{gmatrix}[p]
1 & 0 \\ 0 & 1
\end{gmatrix}
\begin{gmatrix}[p]
-2 & 3 \\ 1 & -1
\end{gmatrix}
.\end{align*}
$\implies S = \left(M_{\underline{e}}^{\underline{w}}\right)^{-1} =
\begin{pmatrix} -2 & 3 \\ 1 & -1 \end{pmatrix}$
\item $M_{\underline{e}}^{\underline{e}}(f) = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ -1 & -1 \end{pmatrix} $
durch ablesen, die restlichen Matrizen ergeben sich durch Multiplikation:
\begin{align*}
&M_{\underline{v}}^{\underline{v}}(f)
= M_{\underline{v}}^{\underline{e}}(\text{id}_V) \cdot M_{\underline{e}}^{\underline{e}}(f)
\cdot M_{\underline{e}}^{\underline{v}}(\text{id}_V)
= \begin{pmatrix} 5 & -2 \\ -3 & 1 \end{pmatrix} \\
&M_{\underline{w}}^{\underline{w}}(f)
= M_{\underline{w}}^{\underline{e}}(\text{id}_V) \cdot M_{\underline{e}}^{\underline{e}}(f)
\cdot M_{\underline{e}}^{\underline{w}}(\text{id}_V)
= \begin{pmatrix} -12 & -29 \\ 5 & 12 \end{pmatrix} \\
&M_{\underline{v}}^{\underline{w}}(\text{id}_{V})
= M_{\underline{v}}^{\underline{e}}(\text{id}_V)
\cdot M_{\underline{e}}^{\underline{w}}(\text{id}_V)
= \begin{pmatrix} 1 & 3 \\ 1 & 4 \end{pmatrix}
.\end{align*}
\item
\begin{align*}
AC - CB = M_{\underline{v}}^{\underline{v}}(f)
\cdot M_{\underline{v}}^{\underline{w}}(\text{id}_V)
- M_{\underline{v}}^{\underline{w}}(\text{id}_V)
\cdot M_{\underline{w}}^{\underline{w}}(f)
= M_{\underline{v}}^{\underline{w}}(f)
- M_{\underline{v}}^{\underline{w}}(f)
= 0
.\end{align*}
\end{enumerate}
\end{aufgabe}

\end{document}

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