%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}{ 3 }

\renewcommand{\avier}{ 5 }

\renewcommand{\afuenf}{ 2 }

\renewcommand{\asechs}{ 4 }

\renewcommand{\asieben}{ 5 }

\renewcommand{\aacht}{ 4 }

\renewcommand{\aneun}{ 4 }

\renewcommand{\azehn}{ 5 }

\renewcommand{\aelf}{ 2 }

\renewcommand{\azwoelf}{ 7 }

\renewcommand{\adreizehn}{ 10 }

\renewcommand{\avierzehn}{ 6 }

\renewcommand{\afuenfzehn}{ 1 }

\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{Die \stichwort {Produktmenge} {} aus zwei Mengen $L$ und $M$.

}{Die durch eine $m \times n$-Matrix
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ M }
{ = }{ (a_{ij})_{ij} }
{ \in }{ \operatorname{Mat}_{ m \times n } (K) }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} \stichwort {festgelegte lineare Abbildung} {} \maabbdisp {\varphi} {V} {W } {} zwischen $K$-\definitionsverweis {Vektorräumen}{}{} \mathkor {} {V} {und} {W} {} bezüglich einer \definitionsverweis {Basis}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \mathfrak{ v } }
{ = }{ v_1 , \ldots , v_n }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} von $V$ und einer Basis
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \mathfrak{ w } }
{ = }{ w_1 , \ldots , w_m }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} von $W$.

}{Die \stichwort {Determinante} {} eines Endomorphismus \maabbdisp {\varphi} {V} {V } {} auf einem endlichdimensionalen Vektorraum $V$.

}{Das \stichwort {Einheitsideal} {} in einem \definitionsverweis {kommutativen Ring}{}{} $R$.

}{Die \stichwort {algebraische 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} {}
\mathl{F \subseteq E}{} in einem \definitionsverweis {affinen Raum}{}{} $E$ über dem $K$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} $V$. }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Formuliere die folgenden Sätze. \aufzaehlungdrei{Der Satz über isomorphe Vektorräume.}{Der Nulltest mittels Linearformen.}{Der Satz über die Beschreibung eines Eigenraums als Kern.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Erläutere das Prinzip \stichwort {Beweis durch Widerspruch} {} für eine Aussage der Form \anfuehrung{Aus $A$ folgt $B$}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{5 (3+2)}
{

Es seien
\mathl{M_1 , \ldots , M_k}{} und
\mathl{N_1 , \ldots , N_k}{} nichtleere Mengen und \maabbdisp {\varphi_i} {M_i} {N_i } {} Abbildungen für
\mathl{i= 1 , \ldots , k}{.} Es sei
\mathl{M=M_1 \times \cdots \times M_k}{,}
\mathl{N=N_1 \times \cdots \times N_k}{,} und $\varphi$ die Produktabbildung, also \maabbeledisp {\varphi} {M} {N } {(x_1 , \ldots , x_k)} { ( \varphi_1(x_1) , \ldots , \varphi_k(x_k) ) } {.}

a) Zeige, dass $\varphi$ genau dann surjektiv ist, wenn alle $\varphi_i$ surjektiv sind.

b) Zeige, dass a) nicht gelten muss, wenn die beteiligten Mengen leer sein dürfen.

}
{} {}




\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 (2+2)}
{

Ein \definitionsverweis {lineares Ungleichungssystem}{}{} sei durch die Ungleichungen
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{x }
{ \geq} { 0 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{,}
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{y+x }
{ \geq} { 0 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{,}
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{-1-y }
{ \leq} {-x }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{,}
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{5y -2x }
{ \leq} {3 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{,} gegeben.

a) Skizziere die Lösungsmenge dieses Ungleichungssystems.

b) Bestimme die Eckpunkte der Lösungsmenge.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{5}
{

Es seien
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ a,b,c }
{ \in }{ \R }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} reelle Zahlen. Wir betrachten die drei Vektoren
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \begin{pmatrix} a \\b\\ c \end{pmatrix} ,\, \begin{pmatrix} c \\a\\ b \end{pmatrix} ,\, \begin{pmatrix} b \\c\\ a \end{pmatrix} }
{ \in} { \R^3 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Man gebe Beispiele für
\mathl{a,b,c}{} derart, dass der von diesen Vektoren erzeugte Untervektorraum die Dimension
\mathl{0,1,2,3}{} besitzt.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Bestimme den Kern der durch die Matrix
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ M }
{ =} { \begin{pmatrix} 2 & 3 & 0 & -1 \\ 4 & 2 & 2 & 5 \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gegebenen linearen Abbildung \maabbdisp {\varphi} {\R^4} {\R^2 } {.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Für eine $n \times n$-\definitionsverweis { Matrix}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{M }
{ = }{ (a_{ij})_{ij} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} sei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \delta(M) }
{ =} { \sum_{ \pi \in S_{ n } } \operatorname{sgn}(\pi ) a_{1 \pi (1)} \cdots a_{ n \pi( n)} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Zeige die Gleichheit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \delta (M) }
{ =} { \delta { \left( { M^{ \text{tr} } } \right) } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} direkt, ohne die Gleichheit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \delta(M) }
{ = }{ \det M }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} zu verwenden \zusatzklammer {Eigenschaften des Signums von Permutationen dürfen verwendet werden} {} {.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{5 (2+3)}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und sei
\mathl{K[X]}{} der \definitionsverweis {Polynomring}{}{} über $K$. Es sei
\mathl{a \in K}{} ein fixiertes Element.

a) Zeige, dass
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ {\mathfrak a} }
{ =} { { \left\{ F \in K[X] \mid F(a) = 0 \right\} } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} ein \definitionsverweis {Ideal}{}{} ist.

b) Bestimme ein Polynom
\mathl{P \in K[X]}{} mit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ {\mathfrak a} }
{ =} { (P) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{2}
{

Es seien
\mathl{V_1 , \ldots , V_n}{} \definitionsverweis {Vektorräume}{}{} über dem \definitionsverweis {Körper}{}{} $K$ und \maabbdisp {\varphi_i} { V_i } { V_i } {} \definitionsverweis {lineare Abbildungen}{}{.} Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ a }
{ \in }{ K }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein \definitionsverweis {Eigenwert}{}{} zu $\varphi_k$ für ein bestimmtes $k$. Zeige, dass $a$ auch ein Eigenwert zur \definitionsverweis {Produktabbildung}{}{} \maabbdisp {\varphi_1 \times \cdots \times \varphi_n} {V_1 \times \cdots \times V_n } {V_1 \times \cdots \times V_n } {} ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{7 (3+4)}
{

Es sei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ M }
{ =} { \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} eine Matrix über einem Körper $K$.

a) Zeige, dass es eine zu $M$ \definitionsverweis {ähnliche Matrix}{}{} gibt, in der mindestens ein Eintrag gleich $0$ ist.


b) Zeige, dass es nicht unbedingt eine zu $M$ ähnliche Matrix geben muss, in der mindestens zwei Einträge gleich $0$ sind.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{10}
{

Beweise den Satz von Cayley-Hamilton.

}
{} {}




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

Wir betrachten die Matrix
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{M }
{ =} { \begin{pmatrix} 5 & 2 & 3 \\ 0 & 5 & 6 \\0 & 0 & 4 \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} über $\Q$.

a) Bestimme die \definitionsverweis {jordansche Normalform}{}{} von $M$.

b) Bestimme die kanonische Zerlegung von $M$ in einen \definitionsverweis {diagonalisierbaren}{}{} Anteil und einen \definitionsverweis {nilpotenten}{}{} Anteil.

c) Welche Eigenschaften der kanonischen Zerlegung erfüllt die Zerlegung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \begin{pmatrix} 5 & 2 & 3 \\ 0 & 5 & 6 \\0 & 0 & 4 \end{pmatrix} }
{ =} { \begin{pmatrix} 5 & 0 & 0 \\ 0 & 5 & 0 \\0 & 0 & 4 \end{pmatrix} + \begin{pmatrix} 0 & 2 & 3 \\ 0 & 0 & 6 \\0 & 0 & 0 \end{pmatrix} }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{,} welche nicht?

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{1}
{

Bestimme, ob im $\R^3$ der Ausdruck
\mathdisp {{ \frac{ 1 }{ 2 } } \begin{pmatrix} 2 \\7\\ 6 \end{pmatrix} + { \frac{ 1 }{ 3 } } \begin{pmatrix} 9 \\0\\ 9 \end{pmatrix} + { \frac{ 1 }{ 5 } } \begin{pmatrix} 5 \\5\\ 2 \end{pmatrix}} { }
eine \definitionsverweis {baryzentrische Kombination}{}{} ist.

}
{} {}