%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}{ 3 }

\renewcommand{\asechs}{ 3 }

\renewcommand{\asieben}{ 3 }

\renewcommand{\aacht}{ 8 }

\renewcommand{\aneun}{ 3 }

\renewcommand{\azehn}{ 3 }

\renewcommand{\aelf}{ 11 }

\renewcommand{\azwoelf}{ 4 }

\renewcommand{\adreizehn}{ 4 }

\renewcommand{\avierzehn}{ 4 }

\renewcommand{\afuenfzehn}{ 2 }

\renewcommand{\asechzehn}{ 3 }

\renewcommand{\asiebzehn}{ 2 }

\renewcommand{\aachtzehn}{ 64 }

\renewcommand{\aneunzehn}{ }

\renewcommand{\azwanzig}{ }

\renewcommand{\aeinundzwanzig}{ }

\renewcommand{\azweiundzwanzig}{ }

\renewcommand{\adreiundzwanzig}{ }

\renewcommand{\avierundzwanzig}{ }

\renewcommand{\afuenfundzwanzig}{ }

\renewcommand{\asechsundzwanzig}{ }

\punktetabellesiebzehn

\klausurnote

\newpage


\setcounter{section}{0}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Definiere die folgenden \zusatzklammer {kursiv gedruckten} {} {} Begriffe. \aufzaehlungsechs{Ein \stichwort {Körper} {} $K$.

}{Eine Zerlegung eines $K$-\definitionsverweis {Vektorraumes}{}{} $V$ als \stichwort {direkte Summe} {} in die Untervektorräume
\mathl{U_1 , \ldots , U_m}{.}

}{Die \stichwort {lineare Unabhängigkeit} {} einer \zusatzklammer {nicht notwendigerweise endlichen} {} {} Familie von Vektoren
\mathbed {v_i} {}
{i \in I} {}
{} {} {} {,} in einem $K$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} $V$.

}{Eine \stichwort {alternierende Abbildung} {} \maabbdisp {\Phi} {V^n = \underbrace{V \times \cdots \times V}_{n\text{-mal} } } {W } {,} wobei \mathkor {} {V} {und} {W} {} \definitionsverweis {Vektorräume}{}{} über $K$ sind.

}{Die \stichwort {geometrische Vielfachheit} {} von einem \definitionsverweis {Eigenwert}{}{} $\lambda$ zu einer \definitionsverweis {linearen Abbildung}{}{} \maabbdisp {\varphi} {V} {V } {} auf einem \definitionsverweis {endlichdimensionalen}{}{} $K$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} $V$.

}{Ein \stichwort {affiner Unterraum} {} eines $K$-\definitionsverweis {Vektorraumes}{}{} $V$. }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Formuliere die folgenden Sätze. \aufzaehlungdrei{Der Satz über die Umkehrabbildung einer linearen Abbildung}{Der allgemeine Entwicklungssatz für die Determinante.}{Der Satz über baryzentrische Koordinaten.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{1}
{

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

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4 (2+2)}
{

Es sei
\mathbed {T_n} {}
{n \in \N_+} {}
{} {} {} {,} eine Familie von Mengen. Wir setzen
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{S_n }
{ =} { T_n \setminus { \left( \bigcup_{i = 1}^{n-1} T_i \right) } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

a) Zeige
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \bigcup_{i = 1}^{n} T_i }
{ =} { \bigcup_{i = 1}^{n} S_i }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

b) Zeige, dass die Vereinigung
\mathl{\bigcup_{i = 1}^{n} S_i}{} disjunkt ist, dass also
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{S_n \cap S_k }
{ =} { \emptyset }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} für
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{n }
{ \neq }{k }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist.

}
{} {}




\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
{3}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und $V$ ein $K$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} der \definitionsverweis {Dimension}{}{} $n$. Es seien \mathkor {} {\mathfrak{ u } = u_1 , \ldots , u_n ,\, \mathfrak{ v } = v_1 , \ldots , v_n} {und} {\mathfrak{ w } = w_1 , \ldots , w_n} {} \definitionsverweis {Basen}{}{} von $V$. Zeige, dass die \definitionsverweis {Übergangsmatrizen}{}{} zueinander in der Beziehung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ M^{ \mathfrak{ u } }_{ \mathfrak{ w } } }
{ =} {M^{ \mathfrak{ v } }_{ \mathfrak{ w } } \circ M^{ \mathfrak{ u } }_{ \mathfrak{ v } } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} stehen.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Drücke in $\R^3$ den Vektor
\mathdisp {(0,1,0)} { }
als \definitionsverweis {Linearkombination}{}{} der Vektoren
\mathdisp {(9,6,5), (2,2,5) \text{ und } (7,3,4)} { }
aus.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{8}
{

Beweise den Basisaustauschsatz.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Bestimme die \definitionsverweis {Dimension}{}{} des von den Vektoren
\mathdisp {\begin{pmatrix} 1 \\1\\ 1\\0 \end{pmatrix} ,\, \begin{pmatrix} 1 \\1\\ 0\\1 \end{pmatrix} ,\, \begin{pmatrix} 1 \\0\\ 1\\1 \end{pmatrix} ,\, \begin{pmatrix} 0 \\1\\ 1\\1 \end{pmatrix}} { }
\definitionsverweis {erzeugten}{}{} \definitionsverweis {Untervektorraumes}{}{} des $\R^4$.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Bestimme, für welche
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ x }
{ \in }{ {\mathbb C} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} die Matrix
\mathdisp {\begin{pmatrix} x^2+x & -x \\ -x^3+2x^2+5x-1 & x^2-x \end{pmatrix}} { }
\definitionsverweis {invertierbar}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{11 (6+5)}
{

Es sei $K$ ein Körper, \mathkor {} {V} {und} {W} {} seien endlichdimensionale $K$-Vektorräume und sei \maabbdisp {\varphi} {V} {W } {} eine lineare Abbildung.

a) Zeige: $\varphi$ ist genau dann surjektiv, wenn es eine lineare Abbildung \maabbdisp {\psi} { W } { V } {} mit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \varphi \circ \psi }
{ =} { \operatorname{Id}_{ W } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gibt.


b) Es sei nun $\varphi$ surjektiv, es sei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ S }
{ =} { { \left\{ \psi:W \rightarrow V \mid \psi \text{ linear} , \, \varphi \circ \psi = \operatorname{Id}_{ W } \right\} } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} und es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \psi_0 }
{ \in }{ S }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} fixiert. Definiere eine Bijektion zwischen \mathkor {} {\operatorname{Hom}_{ K } { \left( W , \operatorname{kern} \varphi \right) }} {und} {S} {,} unter der $0$ auf $\psi_0$ abgebildet wird.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Zeige, dass eine Permutation auf
\mathl{{ \{ 1 , \ldots , n \} }}{} genau dann die Identität ist, wenn sie keinen \definitionsverweis {Fehlstand}{}{} besitzt.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und
\mathl{{\mathfrak a} \subseteq K[X]}{} ein Ideal, das die beiden Elemente \mathkor {} {X^2+7X+5} {und} {6X+3} {} enthält. Zeige, dass ${\mathfrak a}$ das \definitionsverweis {Einheitsideal}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Bestimme die $2 \times 2$-\definitionsverweis {Matrizen}{}{} über $\R$ der Form
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{M }
{ =} { \begin{pmatrix} a & b \\ 0 & d \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} mit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{M^2 +3M -4 E_2 }
{ =} {0 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{2}
{

Was ist falsch an der folgenden Argumentation:

\anfuehrung{Aussage: Es sei $\lambda$ ein \definitionsverweis {Eigenwert}{}{} zur \definitionsverweis {oberen Dreiecksmatrix}{}{}
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{M }
{ =} {\begin{pmatrix} d_1 & \ast & \cdots & \cdots & \ast \\ 0 & d_2 & \ast & \cdots & \ast \\ \vdots & \ddots & \ddots & \ddots & \vdots \\ 0 & \cdots & 0 & d_{ n-1} & \ast \\ 0 & \cdots & \cdots & 0 & d_{ n } \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Dann ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \lambda }
{ =} { d_n }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

Beweis: Es sei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{x }
{ =} { \begin{pmatrix} x_1 \\\vdots\\ x_n \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} ein Eigenvektor der Matrix zum Eigenwert $\lambda$. Dies bedeutet die Gleichheit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \begin{pmatrix} d_1 & \ast & \cdots & \cdots & \ast \\ 0 & d_2 & \ast & \cdots & \ast \\ \vdots & \ddots & \ddots & \ddots & \vdots \\ 0 & \cdots & 0 & d_{ n-1} & \ast \\ 0 & \cdots & \cdots & 0 & d_{ n } \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x_1 \\\vdots\\ x_n \end{pmatrix} }
{ =} { \lambda \begin{pmatrix} x_1 \\\vdots\\ x_n \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Diese Gleichheit bedeutet die entsprechende Gleichheit in jeder Zeile. Speziell ergibt sich für die letzte Zeile die Bedingung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{d_nx_n }
{ =} { \lambda x_n }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Da $x$ als Eigenvektor von $0$ verschiedenen sein muss, kann man durch $x_n$ dividieren und erhält
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ d_n }
{ = }{ \lambda }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} }{}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Eine \definitionsverweis {lineare Abbildung}{}{} \maabbdisp {\varphi} {\Q^3} {\Q^3 } {} werde bezüglich der Standardbasis durch die \definitionsverweis {Matrix}{}{}
\mathdisp {\begin{pmatrix} -2 & 7 & 8 \\ 0 & -2 & -2 \\0 & 0 & -2 \end{pmatrix}} { }
beschrieben. Finde eine \definitionsverweis {Basis}{}{,} bezüglich der $\varphi$ durch die Matrix
\mathdisp {\begin{pmatrix} -2 & 1 & 0 \\ 0 & -2 & 1 \\0 & 0 & -2 \end{pmatrix}} { }
beschrieben wird.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{2}
{

Es sei
\mathbed {P_i} {}
{i \in I} {}
{} {} {} {,} eine Familie von Punkten in einem \definitionsverweis {affinen Raum}{}{} $E$. Zeige, dass durch eine \definitionsverweis {baryzentrische Kombination}{}{}
\mathl{\sum_{i \in I} a_iP_i}{} ein eindeutiger Punkt in $E$ definiert wird.

}
{} {}