%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}{ 6 }

\renewcommand{\avier}{ 3 }

\renewcommand{\afuenf}{ 8 }

\renewcommand{\asechs}{ 5 }

\renewcommand{\asieben}{ 6 }

\renewcommand{\aacht}{ 3 }

\renewcommand{\aneun}{ 5 }

\renewcommand{\azehn}{ 4 }

\renewcommand{\aelf}{ 2 }

\renewcommand{\azwoelf}{ 6 }

\renewcommand{\adreizehn}{ 3 }

\renewcommand{\avierzehn}{ 4 }

\renewcommand{\afuenfzehn}{ 3 }

\renewcommand{\asechzehn}{ 64 }

\renewcommand{\asiebzehn}{ }

\renewcommand{\aachtzehn}{ }

\renewcommand{\aneunzehn}{ }

\renewcommand{\azwanzig}{ }

\renewcommand{\aeinundzwanzig}{ }

\renewcommand{\azweiundzwanzig}{ }

\renewcommand{\adreiundzwanzig}{ }

\renewcommand{\avierundzwanzig}{ }

\renewcommand{\afuenfundzwanzig}{ }

\renewcommand{\asechsundzwanzig}{ }

\punktetabellefuenfzehn

\klausurnote

\newpage


\setcounter{section}{0}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Definiere die folgenden \zusatzklammer {kursiv gedruckten} {} {} Begriffe. \aufzaehlungsechs{Das \stichwort {Bild} {} einer Abbildung \maabbdisp {F} {L} {M } {.}

}{Ein \stichwort {Vektorraum} {} $V$ über einem Körper $K$.

}{\stichwort {Elementare Zeilenumformungen} {} an einer $m\times n$-\definitionsverweis {Matrix}{}{} $M$ über einem Körper $K$.

}{Eine \stichwort {Transposition} {} auf einer endlichen Menge $M$.

}{Der \stichwort {Hauptraum} {} zu einer \definitionsverweis {linearen Abbildung}{}{} $\varphi$ auf einem $K$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} $V$ und einem Eigenwert
\mathl{\lambda \in K}{.}

}{Eine \stichwort {Jordanmatrix} {} zu einem Eigenwert $\lambda$. }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Formuliere die folgenden Sätze. \aufzaehlungdrei{Das \stichwort {Basisaustauschlemma} {.}}{Der \stichwort {Determinantenmultiplikationssatz} {.}}{Der Satz über die \stichwort {Charakterisierung von trigonalisierbaren Abbildungen} {} \maabbdisp {\varphi} {V} {V } {} auf einem endlichdimensionalen $K$-Vektorraum $V$.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{6 (2+4)}
{

Es sei \maabbdisp {\varphi} {L} {M } {} eine Abbildung.

a) Zeige, dass es eine Menge $N$ gibt und eine surjektive Abbildung \maabbdisp {F} {L} {N } {} und eine injektive Abbildung \maabbdisp {G} {N} {M } {} mit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{\varphi }
{ =} {G \circ F }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

b) Zeige, dass es eine Menge $P$ gibt und eine injektive Abbildung \maabbdisp {H} {L} {P } {} und eine surjektive Abbildung \maabbdisp {I} {P} {M } {} mit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{\varphi }
{ =} { I \circ H }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Zwei Personen, \mathkor {} {A} {und} {B} {,} liegen unter einer Palme, $A$ besitzt $2$ Fladenbrote und $B$ besitzt $3$ Fladenbrote. Eine dritte Person $C$ kommt hinzu, die kein Fladenbrot besitzt, aber $5$ Taler. Die drei Personen werden sich einig, für die $5$ Taler die Fladenbrote untereinander gleichmäßig aufzuteilen. Wie viele Taler gibt $C$ an $A$ und an $B$?

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{8}
{

Beweise das Basisaustauschlemma.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{5}
{

Bestimme die \definitionsverweis {Übergangsmatrizen}{}{} \mathkor {} {M^{ \mathfrak{ u } }_{ \mathfrak{ v } }} {und} {M^{ \mathfrak{ v } }_{ \mathfrak{ u } }} {} für die \definitionsverweis {Standardbasis}{}{} $\mathfrak{ u }$ und die durch die Vektoren \mathlistdisp {v_1 = \begin{pmatrix} 2 \\3\\ 7 \end{pmatrix}} {} {v_2 = \begin{pmatrix} 1 \\-3\\ 4 \end{pmatrix}} {und} {v_3 = \begin{pmatrix} 5 \\6\\ 9 \end{pmatrix}} {} gegebene Basis $\mathfrak{ v }$ im $\R^3$.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{6 (2+4)}
{

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

a) Zeige, dass der Kern von $\varphi$ ein Untervektorraum von $V$ ist.

b) Beweise das Injektivitätskriterium für eine lineare Abbildung.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Es sei $V$ ein $K$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} mit \definitionsverweis {Dualraum}{}{} ${ V }^{ * }$. Zeige, dass die natürliche Abbildung \maabbeledisp {} {V \times { V }^{ * }} {K } {(v,f)} { f(v) } {,} nicht \definitionsverweis {linear}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{5}
{

Es sei $M$ eine quadratische Matrix, die man als
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{M }
{ =} {\begin{pmatrix} A & B \\ C & D \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} mit quadratischen Matrizen \mathkor {} {A,B,C} {und} {D} {} schreiben kann. Zeige durch ein Beispiel, dass die Beziehung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \det M }
{ =} { \det A \cdot \det D - \det B \cdot \det C }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} im Allgemeinen nicht gilt.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und sei
\mathl{K[X]}{} der \definitionsverweis {Polynomring}{}{} über $K$. Es sei
\mathl{P \in K[X]}{} ein Polynom und
\mathl{a \in K}{.} Zeige, dass $a$ genau dann eine Nullstelle von $P$ ist, wenn $P$ ein Vielfaches des linearen Polynoms
\mathl{X-a}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{2}
{

Berechne das Ergebnis, wenn man im \definitionsverweis {Polynom}{}{}
\mathdisp {2X^3-5X^2+7X-4} { }
die Variable $X$ durch die $2 \times 2$-\definitionsverweis {Matrix}{}{}
\mathdisp {\begin{pmatrix} 4 & 1 \\ 5 & 3 \end{pmatrix}} { }
ersetzt.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{6 (2+3+1)}
{

Wir betrachten die lineare Abbildung \maabbdisp {\varphi} {{\mathbb C}^3} {{\mathbb C}^3 } {,} die bezüglich der Standardbasis durch die Matrix
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{A }
{ =} { \begin{pmatrix} 2 & 1 & -2+ { \mathrm i} \\ 0 & { \mathrm i} & 1+ { \mathrm i} \\0 & 0 & -1+2 { \mathrm i} \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} beschrieben wird.

a) Bestimme das charakteristische Polynom und die Eigenwerte von $A$.


b) Berechne zu jedem Eigenwert einen Eigenvektor.


c) Stelle die Matrix für $\varphi$ bezüglich einer Basis aus Eigenvektoren auf.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{,} $V$ ein $K$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} und \maabbdisp {\varphi} {V} {V } {} eine \definitionsverweis {lineare Abbildung}{}{.} Zeige, dass die durch
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ U }
{ =} { { \left\{ v \in V \mid \text{ es gibt ein } n \in \N \text{ mit } \varphi^n(v) = 0 \right\} } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} definierte Teilmenge von $V$ ein $\varphi$-\definitionsverweis {invarianter Unterraum}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Man gebe ein Beispiel für zwei \definitionsverweis {nilpotente}{}{} \definitionsverweis {lineare Abbildungen}{}{} \maabbdisp {\varphi, \psi} {K^2} {K^2 } {} derart, dass weder \mathkor {} {\varphi \circ \psi} {noch} {\varphi + \psi} {} nilpotent sind.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Bestimme zur reellen Matrix
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{M }
{ =} {\begin{pmatrix} 3 & 5 & 2 & 4 \\ 0 & 3 & 6 & -1 \\ 0 & 0 & 3 & 2 \\ 0 & 0 & 0 & 3 \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} die \definitionsverweis {jordansche Normalform}{}{.} \zusatzklammer {Es muss keine Basis angegeben werden, bezü\-glich der jordansche Normalform vorliegt.} {} {}

}
{} {}