diff --git a/ws2019/la/uebungen/la7.pdf b/ws2019/la/uebungen/la7.pdf index db27714..a7bb84e 100644 Binary files a/ws2019/la/uebungen/la7.pdf and b/ws2019/la/uebungen/la7.pdf differ diff --git a/ws2019/la/uebungen/la7.tex b/ws2019/la/uebungen/la7.tex index af3ab4d..0ad7898 100644 --- a/ws2019/la/uebungen/la7.tex +++ b/ws2019/la/uebungen/la7.tex @@ -39,7 +39,7 @@ \begin{align*} f(n-1) + f(n) + f(n+1) = 0 = g(n-1) + g(n) + g(n+1) .\end{align*} - $\implies f(n+1) = g(n+1)$. + $\stackrel{I.V.}{\implies} f(n+1) = g(n+1)$. \end{proof} \item Beh.: $W$ ist endlich erzeugt. \begin{proof} @@ -69,7 +69,7 @@ Fälle $\exists k \in \N\colon n = 3k+2$ bzw. $n = 3k$ folgen analog. Zz.: $\{w_1, w_2\} $ ist Erzeugendensystem. Sei $f \in W$ beliebig. - Wähle $a_1 := f(1)$ und $a_2 := f(2)$. Damit gilt wegen (b): + Wähle $a_1 := f(1)$ und $a_2 := f(2)$. Damit gilt: \begin{align*} a_1 w_1(1) + a_2 w_2(1) = a_1 = f(1) \intertext{und} @@ -111,7 +111,7 @@ \begin{align*} &\frac{z_3}{2} \cdot (0,1,2) + \left(z_2 - \frac{z_3}{2}\right) \cdot (2, 1, 0) + (z_1 - 2z_2 + z_3) \cdot (1, 0, 0) \\ - &= (2z_2 - z_3 + z_1 - 2z_2 + z_3, \frac{z_3}{2} + z_2 - \frac{z_3}{2}, z_3)\\ + &= \left(2z_2 - z_3 + z_1 - 2z_2 + z_3, \frac{z_3}{2} + z_2 - \frac{z_3}{2}, z_3\right)\\ &= (z_1, z_2, z_3) .\end{align*} $\implies (u, v, x)$ ist Erzeugendensystem. @@ -128,13 +128,15 @@ \end{proof} \item Beh.: $(u,v,w)$ ist weder linear unabhängig, noch Erzeugendensystem. \begin{proof} - Wähle $a := \frac{1}{2}$ und $b := \frac{1}{2}$. Damit folgt + Wähle $a := \frac{1}{2}$, $b := \frac{1}{2}$ und $c := -1$. Damit folgt \[ - \frac{1}{2} u + \frac{1}{2} v = \frac{1}{2}(0,1,2) + \frac{1}{2} (2,1,0) = (1,1,1) = w - .\] $\implies (u,v,w)$ nicht linear unabhängig. + a u + b v + c w = \frac{1}{2} u + \frac{1}{2} v - w = + \frac{1}{2}(0,1,2) + \frac{1}{2} (2,1,0) - (1,1,1) = (0,0,0) + .\] Aber $a = \frac{1}{2} \neq 0 \implies (u,v,w)$ nicht linear unabhängig. - Da $w$ nicht zu $\text{Lin}((u,v,w))$ beiträgt, und $(u,v)$ wegen (a) kein Erzeugendensystem - sind, ist $(u,v,w)$ ebenfalls kein Erzeugendensystem und damit keine Basis. + Da $w = \frac{1}{2} u + \frac{1}{2} v$, trägt $w$ nicht zu $\text{Lin}((u,v,w))$ bei. + Weil $(u,v)$ wegen (a) kein Erzeugendensystem + ist, ist $(u,v,w)$ ebenfalls kein Erzeugendensystem und damit keine Basis. \end{proof} \end{enumerate} \begin{enumerate}[(d)] @@ -149,14 +151,16 @@ \end{enumerate} \end{aufgabe} +\newpage \begin{aufgabe} \begin{enumerate}[(a)] \item Beh.: $\text{Rg}(g \circ f) \le \text{min}(\text{Rg}(f), \text{Rg}(g))$ \begin{proof} Zz.: $\text{Rg}(g \circ f) \le \text{Rg}(f)$. - Wegen $g \circ f$ folgt, - $\text{Rg}(g \circ f) = \text{dim}(\text{Bild}(g \circ f)) \le \text{dim}(\text{Bild}(f)) = \text{Rg}(f)$. + Schränke $g$ ein durch $g': \text{Bild}(f) \to \text{Bild}(g \circ f)$, $v \mapsto g(v)$\\ + $\implies g' \circ f(u) = g \circ f(u) \quad \forall u \in U$ \\ + $\implies \text{Rg}(f) = \text{dim}(\text{Bild}(f)) \ge \text{dim}(\text{Bild}(g \circ f)) = \text{Rg}(g \circ f)$ Zz.: $\text{Rg}(g \circ f) \le \text{Rg}(g)$. @@ -170,13 +174,14 @@ f\colon (x, y) \mapsto (x, 0), \qquad g\colon (x, y) \mapsto (0, y) .\end{align*} - $\implies g \circ f\colon (x, y) \mapsto (0, 0)$. + $g$ und $f$ sind linear. $\implies g \circ f\colon (x, y) \mapsto (0, 0)$. Wegen $\text{Rg}(f) = 1 = \text{Rg}(g)$, aber $\text{Rg}(g \circ f) = 0$ folgt: \[ \text{Rg}(g \circ f) = 0 < 1 = \text{min}\left( \text{Rg}(f), \text{Rg}(g) \right) .\] - \item Für $U = V = W$ und $f = g = id$ folgt $g \circ f = id \circ id = id$, also + \item Für $U = V = W$ und $f = g = id$ folgt $g \circ f = id \circ id = id$. $id$ + auf Vektorräumen ist linear. Also $f = g = g \circ f$, also $\text{Rg}(g \circ f) = \text{Rg}(g) = \text{Rg}(f)$. \end{enumerate} \end{aufgabe} @@ -187,13 +192,16 @@ \begin{proof} Kontraposition. Zz.: Ist $f$ nicht surjektiv, dann ist $f^{*}$ nicht injektiv. - Sei $(v_i)_{i \in I}$ Basis von $V$. - Wegen $f$ nicht surjektiv und linear, ex. ein $J \subset I, J\neq \emptyset$, s.d. - $\forall j \in J\colon v_j \not\in \text{Bild}(f)$. + Sei $(v_i)_{i \in I}$ Basis von $\text{Bild}(f)$. + Wegen Basisergänzungssatz und $f$ nicht surjektiv, + ex. eine Indexmenge $J \neq \emptyset$ mit $J \cap I = \emptyset $, + s.d. $(v_i)_{i \in I \cup J }$ Basis von V. + + $\implies v_j \not\in \text{Bild}(f) \quad \forall j \in J$ Nun wähle $j_0 \in J$ und $\varphi_1, \varphi_2 \in V^{*}$ mit $\varphi_1(v_{j_0}) \neq \varphi_2(v_{j_0})$ und - $\varphi_1(v_i) = \varphi_2(v_i) \quad \forall i \in I \setminus J$ + $\varphi_1(v_i) = \varphi_2(v_i) \quad \forall i \in I$ $\implies \varphi_1(f(u)) = \varphi_2(f(u)) \quad \forall u \in U$. \\ Aber $\varphi_1(v_{j_0}) \neq \varphi_2(v_{j_{0}}) \implies \varphi_1 \neq \varphi_2$.