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Valentin Boettcher 2017-12-22 19:06:36 +01:00
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@ -103,7 +103,7 @@ colback = blue!10,
\begin{document} \begin{document}
\maketitle \maketitle
%--\xcomment{proposition,lemma,folgerung,notte,korrolar,Axiom,theo,satz} %--\xcomment{proposition,beobachtung,lemma,folgerung,notte,korollar,Axiom,theo,satz}
\tableofcontents \tableofcontents
\newpage \newpage
@ -1342,8 +1342,9 @@ linearkombination ergibt 0). Andernfalls heist die Menge linear abh"angig.
\end{prof} \end{prof}
\end{exa} \end{exa}
\textbf{Lemma} Die Menge ist linear abh"angig. \(v_i\) ist eine Linearkombination von \$\$ \begin{lemma}
Die Menge ist linear abh"angig. \(v_i\) ist eine Linearkombination von \$\$
\end{lemma}
\begin{prof}[] \label{} \begin{prof}[] \label{}
Wenn \(v_i=\lambda_1 v_1\), dann \(0=\) Denn \(-1\) ist ein nicht-trivialer Wenn \(v_i=\lambda_1 v_1\), dann \(0=\) Denn \(-1\) ist ein nicht-trivialer
Linearfaktor. Linearfaktor.
@ -1358,8 +1359,10 @@ Deis heisst, das LGS \(Ax=b\) zu l"osen ist genau linearkombinationen von spalte
zu finden, welche \(b\) ergeben. zu finden, welche \(b\) ergeben.
\end{notte} \end{notte}
\textbf{Lemma} Seien die Vektoren linear unabh"angig. Ein Vektor \(v\) ist genau dann \begin{lemma}
Seien die Vektoren linear unabh"angig. Ein Vektor \(v\) ist genau dann
eine Linearkombination von \(v_1,...,v_n\) wenn linear abh"angig ist. eine Linearkombination von \(v_1,...,v_n\) wenn linear abh"angig ist.
\end{lemma}
\begin{prof}[] \label{} \begin{prof}[] \label{}
(\(\implies\)) Sei Dann gilt , also ist linear ab"angig. (\(\implies\)) Sei Dann gilt , also ist linear ab"angig.
@ -1368,8 +1371,10 @@ Sei .. linear abh"angig Dann
Es gilt: \(\lambda \not= 0\) (wenn .. linearunabh"angig.) Also gilt \(v=-\lambda_1\) Es gilt: \(\lambda \not= 0\) (wenn .. linearunabh"angig.) Also gilt \(v=-\lambda_1\)
\end{prof} \end{prof}
\textbf{Lemma} Sei \(v=\lambda\) eine Linearkombination von \(v_1,...,v_n\). Diese \begin{lemma}
Sei \(v=\lambda\) eine Linearkombination von \(v_1,...,v_n\). Diese
Darstellung ist eindeutig ganau dann, wenn linear unabh"angig sind. Darstellung ist eindeutig ganau dann, wenn linear unabh"angig sind.
\end{lemma}
\begin{prof}[] \label{} \begin{prof}[] \label{}
\((\implies)\) Sei die Darstellung eindeutig \$v=..\$ Wenn jetzt \$\$, dan gilt \(v=\) \((\implies)\) Sei die Darstellung eindeutig \$v=..\$ Wenn jetzt \$\$, dan gilt \(v=\)
@ -1397,9 +1402,11 @@ In drei Dimensionen:
\section{Lineare unabhangigkeit in R"aumen} \section{Lineare unabhangigkeit in R"aumen}
\label{sec:orgea5b4b9} \label{sec:orgea5b4b9}
\textbf{Proposition} Seien \(v_1,...,v_n \in \mathbb{V}\) linear unabhaenig, seien \(W_1, \begin{proposition}
Seien \(v_1,...,v_n \in \mathbb{V}\) linear unabhaenig, seien \(W_1,
..., W_n \in \mathbb{V}\) so dass jedes \(w_i\) eine Linearkombination von ..., W_n \in \mathbb{V}\) so dass jedes \(w_i\) eine Linearkombination von
\(v_1,...,v_n\) ist. Wenn \(m>n\), dann sind \(w_1,...,w_n\) linear abhaengig. \(v_1,...,v_n\) ist. Wenn \(m>n\), dann sind \(w_1,...,w_n\) linear abhaengig.
\end{proposition}
\begin{prof}[] \label{} \begin{prof}[] \label{}
Seien Seien
@ -1416,8 +1423,10 @@ Variablen. \(n<m\), also gibt es eine L"osung $\ldots{}$, die ungleich \(0\) ist
sind linear unabh"angig. sind linear unabh"angig.
\end{prof} \end{prof}
\textbf{Korollar} Je drei Vektoren in \(\mathbb{R}^2\) sind linear unabh"angig, je \(n+1\) \begin{korollar}
Je drei Vektoren in \(\mathbb{R}^2\) sind linear unabh"angig, je \(n+1\)
Vektoren in \$\$ sind linear unabh"angig. Vektoren in \$\$ sind linear unabh"angig.
\end{korollar}
\begin{prof}[von Korollar] \label{} \begin{prof}[von Korollar] \label{}
Seien \(e_i\) die Spalten der Einheitsmatrix sind linear unabh"angig. Seien \(e_i\) die Spalten der Einheitsmatrix sind linear unabh"angig.
@ -1425,7 +1434,7 @@ Seien \(e_i\) die Spalten der Einheitsmatrix sind linear unabh"angig.
Dies zeigt auch, dass jeder Vektor in \(R\) eine Linearkombination von \(e_i\) ist. Dies zeigt auch, dass jeder Vektor in \(R\) eine Linearkombination von \(e_i\) ist.
\end{prof} \end{prof}
\begin{definition}{}{} \begin{definition}{Untervektorraum}{}
Sei V ein \(K-\) Vektorraum, \(U\subseteq V\) eine Teilmenge von V. \(U\) heist Sei V ein \(K-\) Vektorraum, \(U\subseteq V\) eine Teilmenge von V. \(U\) heist
untervektorraum wenn: untervektorraum wenn:
\begin{enumerate} \begin{enumerate}
@ -1515,10 +1524,13 @@ Sei \(V\) ein endlichdimensionaler Vektorraum. Die Anzahl der Vektoren in einer
\textbf{Frage}: kannn man eine lineare unabh"angige Menge \(S\in V\) zu eine Basis \textbf{Frage}: kannn man eine lineare unabh"angige Menge \(S\in V\) zu eine Basis
erweitern?. erweitern?.
\textbf{Proposition} Jede linear unabh"angige Teilmenge \(S\in V\) eines \begin{proposition}
Jede linear unabh"angige Teilmenge \(S\in V\) eines
endlichdimensionalen Vektorraumes \(V\) ist in einer maximalen linear endlichdimensionalen Vektorraumes \(V\) ist in einer maximalen linear
unabh"angigen Teilmenge enthalten. Eine maximal linear unabh. Teilmenge von \(V\) unabh"angigen Teilmenge enthalten. Eine maximal linear unabh. Teilmenge von \(V\)
st eine Basis von \(V\). st eine Basis von \(V\).
\end{proposition}
\begin{definition}{Maximal linear unabh"angige Teilmengen}{} \begin{definition}{Maximal linear unabh"angige Teilmengen}{}
Eine Teilmenge \(S'\in V\) ist maximal linear unabh., wenn aus \(S\) Eine Teilmenge \(S'\in V\) ist maximal linear unabh., wenn aus \(S\)
@ -1542,8 +1554,10 @@ Basis). Wenn $\ldots{}$ d.h. aber, aber \(S\cup {v}\) ist linear unabh. (lemma)
\(S\) dann nicht maximal. \(S\) dann nicht maximal.
\end{prof} \end{prof}
\textbf{Korollar} Man kann jeder lienar unabh. Teilmenge \(S\in V\) zu einer Basis \begin{korollar}
Man kann jeder lienar unabh. Teilmenge \(S\in V\) zu einer Basis
erweitern. erweitern.
\end{korollar}
\begin{notte} \begin{notte}
Wenn \(V=K^n, S\in V\) linear unabh. \(\rightarrow\) man kann zur erweiterung passende Wenn \(V=K^n, S\in V\) linear unabh. \(\rightarrow\) man kann zur erweiterung passende
@ -1580,7 +1594,9 @@ dieses Vektors bzgl. \(B\).
Die Definition einer Basis garantiert, dass hierdurch eine Bijektion \ldots{} entsteht. Die Definition einer Basis garantiert, dass hierdurch eine Bijektion \ldots{} entsteht.
\end{definition} \end{definition}
\textbf{Warnung} Diese Korrespondenz kommt auf die Wahl der Basis an. \begin{notte}
Diese Korrespondenz kommt auf die Wahl der Basis an.
\end{notte}
\begin{exa}[] \label{} \begin{exa}[] \label{}
@ -1592,7 +1608,10 @@ Sei \(Ax=0\) ein h. LGS
\textbf{Aus Uebungen} \ldots{} \textbf{Aus Uebungen} \ldots{}
\textbf{Lemma} Die Spalten von \(\Phi\) bilden eine Basis in L. \begin{lemma}
Die Spalten von \(\Phi\) bilden eine Basis in L.
\end{lemma}
\begin{prof}[] \label{} \begin{prof}[] \label{}
Die Spalten von \(\Phi\) sind linear unabhaenig. (sonst abb. nicht injektiv) Die Spalten von \(\Phi\) sind linear unabhaenig. (sonst abb. nicht injektiv)
@ -1648,22 +1667,32 @@ $f=f_A: K^n\rightarrow K^m \quad x\mapsto A\cdot x$\\
$Ker (f_A) = \{x\in K^n|A\cdot x = 0\}$, also die Lösung des homogenen LGS mit der Koeffizientenmatrix A. $Ker (f_A) = \{x\in K^n|A\cdot x = 0\}$, also die Lösung des homogenen LGS mit der Koeffizientenmatrix A.
\end{exa} \end{exa}
\textbf{Beobachtung} Der Kern von \(f\) ist ein Untervektorraum von \(V\): \begin{beobachtung}
Der Kern von \(f\) ist ein Untervektorraum von \(V\):
\[v_1 , v_2 \in Ker(f) \Rightarrow f(v_1 + v_2)=f(v_1 )+f(v_2 )=0 \Rightarrow v_1 + v_2 \in Ker(f) \] \[v_1 , v_2 \in Ker(f) \Rightarrow f(v_1 + v_2)=f(v_1 )+f(v_2 )=0 \Rightarrow v_1 + v_2 \in Ker(f) \]
\[v \in Ker(f), \lambda \in K \Rightarrow f(\lambda v)=\lambda f(v)=\lambda \cdot 0 = 0 \Rightarrow \lambda v \in Ker(f) \] \[v \in Ker(f), \lambda \in K \Rightarrow f(\lambda v)=\lambda f(v)=\lambda \cdot 0 = 0 \Rightarrow \lambda v \in Ker(f) \]
\end{beobachtung}
\textbf{Beobachtung} Das Bild von f $Im(f) \subseteq W$ ist Untervektorraum, wenn: \begin{beobachtung}
Das Bild von f $Im(f) \subseteq W$ ist Untervektorraum, wenn:
\[w_1 =f(v_1 ), w_2 = f(v_2 )\in Im(f) \Rightarrow w_1 +w_2 = f(v_1 )+f(v_2 )= f(v_1 +v_2) \Rightarrow w_1 +w_2 \in Im(f) \] \[w_1 =f(v_1 ), w_2 = f(v_2 )\in Im(f) \Rightarrow w_1 +w_2 = f(v_1 )+f(v_2 )= f(v_1 +v_2) \Rightarrow w_1 +w_2 \in Im(f) \]
\[w=f(v)\in Im(f), \lambda \in K \Rightarrow \lambda w = \lambda f(v)=f(\lambda v) \in Im(f) \] \[w=f(v)\in Im(f), \lambda \in K \Rightarrow \lambda w = \lambda f(v)=f(\lambda v) \in Im(f) \]
$\Rightarrow$ Das Bild einer linearen Abbildung ist ein Untervektorraum. $\Rightarrow$ Das Bild einer linearen Abbildung ist ein Untervektorraum.
\end{beobachtung}
\begin{exa}[] \label{} \begin{exa}[] \label{}
$Im(f_A )=\{b\in K^m \:|\: \exists x \in K^n: A\cdot x=b \}=\{b\in K^m\:|\:LGS Ax=b\; l"osbar\} $ $Im(f_A )=\{b\in K^m \:|\: \exists x \in K^n: A\cdot x=b \}=\{b\in K^m\:|\:LGS Ax=b\; l"osbar\} $
\end{exa} \end{exa}
\textbf{Beobachtung} Definitionsgemäß ist $f:V\rightarrow W$ genau dann surjektiv, wenn $Im(f) = W$. \begin{beobachtung}
Definitionsgemäß ist $f:V\rightarrow W$ genau dann surjektiv, wenn $Im(f) =
W$.
\end{beobachtung}
\textbf{Proposition} Sei \(f:V\rightarrow W\) eine lineare Abbildung. Es gilt: \(f\) injektiv $\iff$ \(Ker(f)=\{0\}\) \begin{proposition}
Sei \(f:V\rightarrow W\) eine lineare Abbildung. Es gilt: \(f\) injektiv
$\iff$ \(Ker(f)=\{0\}\)
\end{proposition}
\begin{prof}[] \label{} \begin{prof}[] \label{}
f injektiv $\iff v_1 \neq v_2 \in V: f(v_1)\neq f(v_2) \iff f(v_1)-f(v_2)\neq 0 \iff f(v_1 -v_2)\neq 0 \iff v_1,v_2 \in V, v_1-v_2\neq 0: f(v_1 -v_2)\neq 0 \iff v\neq 0: f(v)\neq 0 \iff Ker(f) = \{0\}$ f injektiv $\iff v_1 \neq v_2 \in V: f(v_1)\neq f(v_2) \iff f(v_1)-f(v_2)\neq 0 \iff f(v_1 -v_2)\neq 0 \iff v_1,v_2 \in V, v_1-v_2\neq 0: f(v_1 -v_2)\neq 0 \iff v\neq 0: f(v)\neq 0 \iff Ker(f) = \{0\}$
@ -1949,11 +1978,12 @@ in den neuen koordinaten $\lambda'=S^{-1}\lambda$
$\lambda=M^{B'}_{Basiswechselmatrix}\cdot \lambda ' $ $\lambda=M^{B'}_{Basiswechselmatrix}\cdot \lambda ' $
\end{notte} \end{notte}
\textbf{Lemma}(Verhalten von Abbildungsmatrizen unter Basiswechsel) \begin{lemma}[Verhalten von Abbildungsmatrizen unter Basiswechsel]
Sei .. eine Lineare Abbildung, ..., dann gilt: Sei .. eine Lineare Abbildung, ..., dann gilt:
\[ \[
M^{B'}_{C'}(f)= M^{B'}_{C'}(f)=
\] In Anderen Worten: wenn $S$ die Basiswechselmatrix von ... so gilt \] In Anderen Worten: wenn $S$ die Basiswechselmatrix von ... so gilt
\end{lemma}
\begin{prof} \begin{prof}
$M^{B'}_{C'}(f)=$ $M^{B'}_{C'}(f)=$