Kurs:Lineare Algebra/Teil I/1/Teiltest/Klausur/latex

%Daten zur Institution

%\input{Dozentdaten}

%\renewcommand{\fachbereich}{Fachbereich}

%\renewcommand{\dozent}{Prof. Dr. . }

%Klausurdaten

\renewcommand{\klausurgebiet}{ }

\renewcommand{\klausurtyp}{ }

\renewcommand{\klausurdatum}{ . 20}

\klausurvorspann {\fachbereich} {\klausurdatum} {\dozent} {\klausurgebiet} {\klausurtyp}


%Daten für folgende Punktetabelle


\renewcommand{\aeins}{ 3 }

\renewcommand{\azwei}{ 3 }

\renewcommand{\adrei}{ 1 }

\renewcommand{\avier}{ 4 }

\renewcommand{\afuenf}{ 2 }

\renewcommand{\asechs}{ 2 }

\renewcommand{\asieben}{ 3 }

\renewcommand{\aacht}{ 6 }

\renewcommand{\aneun}{ 1 }

\renewcommand{\azehn}{ 5 }

\renewcommand{\aelf}{ 2 }

\renewcommand{\azwoelf}{ 2 }

\renewcommand{\adreizehn}{ 4 }

\renewcommand{\avierzehn}{ 2 }

\renewcommand{\afuenfzehn}{ 3 }

\renewcommand{\asechzehn}{ 4 }

\renewcommand{\asiebzehn}{ 8 }

\renewcommand{\aachtzehn}{ 5 }

\renewcommand{\aneunzehn}{ 5 }

\renewcommand{\azwanzig}{ 65 }

\renewcommand{\aeinundzwanzig}{ }

\renewcommand{\azweiundzwanzig}{ }

\renewcommand{\adreiundzwanzig}{ }

\renewcommand{\avierundzwanzig}{ }

\renewcommand{\afuenfundzwanzig}{ }

\renewcommand{\asechsundzwanzig}{ }

\punktetabelleneunzehn


\klausurnote

\newpage


\setcounter{section}{0}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Definiere die folgenden \zusatzklammer {kursiv gedruckten} {} {} Begriffe. \aufzaehlungsechs{Eine \stichwort {Abbildung} {} $F$ von einer Menge $L$ in eine Menge $M$.

}{Eine \stichwort {injektive} {} Abbildung \maabbdisp {f} {L} {M } {.}

}{Die \stichwort {Einheitsmatrix} {} $E_n$.

}{Ein \stichwort {Untervektorraum} {}
\mathl{U \subseteq V}{} in einem $K$-Vektorraum $V$.

}{Die \stichwort {lineare Unabhängigkeit} {} von Vektoren $v_1 , \ldots , v_n$ in einem $K$-Vektorraum $V$.

}{Eine \stichwort {Basis} {} eines $K$-\definitionsverweis {Vektorraums}{}{} $V$. }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Formuliere die folgenden Sätze. \aufzaehlungdrei{Der \stichwort {Satz über das inverse Element} {} in einer Gruppe $(G,\circ,e)$.}{Der Satz über die mathematische Struktur der Lösungsmenge eines homogenen linearen Gleichungssystems.}{Der \stichwort {Basisaustauschsatz} {.}}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{1}
{

Wir betrachten den Satz \anfuehrung{Diese Vorlesung versteht keine Sau}{.} Negiere diesen Satz durch eine Existenzaussage.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Eine Bahncard $25$, mit der man ein Jahr lang $25$ Prozent des Normalpreises einspart, kostet $62$ Euro und eine Bahncard $50$, mit der man ein Jahr lang $50$ Prozent des Normalpreises einspart, kostet $255$ Euro. Für welchen Jahresgesamtnormalpreis ist keine Bahncard, die Bahncard $25$ oder die Bahncard $50$ die günstigste Option?

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{2}
{

Es seien $A,\, B$ und $C$ Mengen. Beweise die Identität
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{A \setminus { \left( B \cap C \right) } }
{ =} { { \left( A \setminus B \right) } \cup { \left( A \setminus C \right) } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{2}
{

Es seien $L,M,N$ Mengen und
\mathdisp {f:L \longrightarrow M \text{ und } g:M \longrightarrow N} { }
\definitionsverweis {Abbildungen}{}{} mit der \definitionsverweis {Hintereinanderschaltung}{}{} \maabbeledisp {g \circ f} {L} {N } {x} {g(f(x)) } {.} Zeige: Wenn $g \circ f$ \definitionsverweis {injektiv}{}{} ist, so ist auch $f$ injektiv.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3 (1+1+1)}
{

Wir betrachten die durch die Wertetabelle \wertetabellesiebenausteilzeilen { $x$ }
{\mazeileundfuenf {1} {2} {3} {4} {5} }
{\mazeileundzwei {6} {7 } }
{ $\varphi(x)$ }
{\mazeileundfuenf {4} {7} {4} {5} {1} }
{\mazeileundzwei {1} {2} } gegebene Abbildung \maabbdisp {\varphi} {\{1,2,3,4,5,6,7\} } {\{1,2,3,4,5,6,7\} } {.}

a) Bestimme das Bild von
\mathl{\{1,2,3\}}{} unter $\varphi$.

b) Bestimme das Urbild von
\mathl{\{4,5,6,7\}}{} unter $\varphi$.

c) Erstelle eine Wertetabelle für
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{\varphi^3 }
{ =} { \varphi \circ \varphi \circ \varphi }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{6 (1+1+4)}
{

Zu
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ n }
{ \in }{ \N }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} sei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{[n] }
{ =} {\{0,1,2, \ldots, n \} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Zu jedem
\mathl{n \in \N}{} und jedem
\mathl{0 \leq k \leq n}{} seien die Abbildungen \maabbdisp {D_k} {[n]} {[n+1] } {} durch
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{D_k(j) }
{ =} { \begin{cases} j, \text{ falls } j < k, \\ j+1 \text{ sonst}, \end{cases} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} und die Abbildungen \maabbdisp {S_k} {[n+1]} {[n] } {} durch
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{S_k(j) }
{ =} { \begin{cases} j, \text{ falls } j \leq k, \\ j-1 \text{ sonst}, \end{cases} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} definiert.

a) Erstelle eine Wertetabelle für \maabbdisp {D_3} {[4]} {[5] } {.}


b) Erstelle eine Wertetabelle für \maabbdisp {S_3} {[6]} {[5] } {.}


c) Beschreibe die durch die Wertetabelle \wertetabellesechsausteilzeilen { $j$ }
{\mazeileundfuenf {0} {1} {2} {3} {4} }
{ {5} }
{ $\varphi(j)$ }
{\mazeileundfuenf {0} {2} {2} {4} {5} }
{ {5} } gegebene Abbildung \maabbdisp {\varphi} {[5]} {[5] } {} als eine Hintereinanderschaltung von geeigneten $D_k$ und $S_i$.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{1}
{

Es sei $G$ eine \definitionsverweis {Gruppe}{}{.} Zeige, dass
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ { \left( x^{-1} \right) }^{-1} }
{ =} {x }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} für alle
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ x }
{ \in }{ G }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{5}
{

Zeige, dass die drei reellen Matrizen
\mathdisp {\begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} ,\, \begin{pmatrix} - { \frac{ 1 }{ 2 } } & - { \frac{ \sqrt{3} }{ 2 } } \\ { \frac{ \sqrt{3} }{ 2 } } & - { \frac{ 1 }{ 2 } } \end{pmatrix} ,\, \begin{pmatrix} - { \frac{ 1 }{ 2 } } & { \frac{ \sqrt{3} }{ 2 } } \\ - { \frac{ \sqrt{3} }{ 2 } } & - { \frac{ 1 }{ 2 } } \end{pmatrix}} { }
bezüglich der \definitionsverweis {Matrizenmultiplikation}{}{} eine \definitionsverweis {Gruppe}{}{} bilden.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{2}
{

Berechne über den \definitionsverweis {komplexen Zahlen}{}{} das \definitionsverweis {Matrizenprodukt}{}{}
\mathdisp {\begin{pmatrix} 2-{ \mathrm i} & -1-3 { \mathrm i} & -1 \\ { \mathrm i} & 0 & 4-2 { \mathrm i} \end{pmatrix}\begin{pmatrix} 1+ { \mathrm i} \\1- { \mathrm i} \\ 2+5 { \mathrm i} \end{pmatrix}} { . }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{2}
{

Kevin zahlt für einen Winterblumenstrauß mit $3$ Schneeglöckchen und $4$ Mistelzweigen
\mathl{2{,}50}{} \euro\ und Jennifer zahlt für einen Strauß aus $5$ Schneeglöckchen und $2$ Mistelzweigen
\mathl{2{,}30}{} \euro . Wie viel kostet ein Strauß mit einem Schneeglöckchen und $11$ Mistelzweigen?

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Löse das \definitionsverweis {inhomogene Gleichungssystem}{}{}
\mathdisp {\begin{matrix} 3 x & \, \, \, \, \, \, \, \, & + z & +4 w & = & 4 \\ 2 x & +2 y & \, \, \, \, \, \, \, \, & + w & = & 0 \\ 4 x & +6 y & \, \, \, \, \, \, \, \, & + w & = & 2 \\ x & +3 y & +5 z & \, \, \, \, \, \, \, \, & = & 3 \, . \end{matrix}} { }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{2}
{

Löse die lineare Gleichung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{(2+5 { \mathrm i}) z }
{ =} {(3-7 { \mathrm i}) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} über ${\mathbb C}$ und berechne den Betrag der Lösung.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Drücke in $\R^3$ den Vektor
\mathdisp {(1,0,0)} { }
als \definitionsverweis {Linearkombination}{}{} der Vektoren
\mathdisp {(1,-2,5), (4,0,3) \text{ und } (2,1,1)} { }
aus.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Im $\R^3$ seien die beiden \definitionsverweis {Untervektorräume}{}{}
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ U }
{ =} { { \left\{ s \begin{pmatrix} 2 \\1\\ 7 \end{pmatrix} + t \begin{pmatrix} 4 \\-2\\ 9 \end{pmatrix} \mid s,t \in \R \right\} } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} und
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ V }
{ =} { { \left\{ p \begin{pmatrix} 3 \\1\\ 0 \end{pmatrix} + q \begin{pmatrix} 5 \\2\\ -4 \end{pmatrix} \mid p,q \in \R \right\} } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gegeben. Bestimme eine Basis für
\mathl{U \cap V}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{8}
{

Es sei $V$ ein Vektorraum und
\mathdisp {v_1 , \ldots , v_n} { }
eine Familie von Vektoren in $V$. Zeige, dass die Familie genau dann eine Basis von $V$ bildet, wenn es sich um ein minimales Erzeugendensystem handelt \zusatzklammer {d.h. sobald man einen Vektor $v_i$ weglässt, liegt kein Erzeugendensystem mehr vor} {} {.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{5}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und es seien \mathkor {} {V} {und} {W} {} \definitionsverweis {endlichdimensionale}{}{} $K$-\definitionsverweis {Vektor\-räume}{}{} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \dim_{ K } { \left( V \right) } }
{ = }{ n }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \dim_{ K } { \left( W \right) } }
{ = }{ m }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Welche Dimension besitzt der \definitionsverweis {Produktraum}{}{} $V \times W$?

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{5}
{

Es sei $W$ ein $n$-dimensionaler $K$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} \zusatzklammer {$K$ ein Körper} {} {} und seien
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ U,V }
{ \subseteq }{ W }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} \definitionsverweis {Untervektorräume}{}{} der \definitionsverweis {Dimension}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \dim_{ K } { \left( U \right) } }
{ = }{ r }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \dim_{ K } { \left( V \right) } }
{ = }{ s }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Es gelte
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ r+s }
{ > }{ n }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Zeige, dass
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ U \cap V }
{ \neq }{ 0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist.

}
{} {}