Kurs:Lineare Algebra (Osnabrück 2015-2016)/Teil II/Definitionsabfrage
Es sei ein - Vektorraum. Ein Skalarprodukt auf ist eine Abbildung
mit folgenden Eigenschaften:
- Es ist
für alle , und
für alle , .
- Es ist
für alle .
- Es ist für alle und genau dann, wenn ist.
Ein reeller, endlichdimensionaler Vektorraum, der mit einem Skalarprodukt versehen ist, heißt euklidischer Vektorraum.
Das auf dem durch
gegebene Skalarprodukt heißt Standardskalarprodukt.
Das auf dem durch
gegebene Skalarprodukt heißt (komplexes) Standardskalarprodukt.
Es sei ein Vektorraum über mit einem Skalarprodukt . Dann nennt man zu einem Vektor die reelle Zahl
die Norm von .
Es sei ein - Vektorraum. Eine Abbildung
heißt Norm, wenn die folgenden Eigenschaften gelten.
- Es ist für alle .
- Es ist genau dann, wenn ist.
- Für
und
gilt
- Für
gilt
Ein - Vektorraum heißt normierter Vektorraum, wenn auf ihm eine Norm definiert ist.
Es sei eine Menge. Eine Abbildung heißt Metrik (oder Distanzfunktion), wenn für alle die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
- genau dann, wenn ist (Definitheit),
- (Symmetrie), und
- (Dreiecksungleichung).
Ein metrischer Raum ist ein Paar , wobei eine Menge und eine Metrik ist.
Auf einem normierten Vektorraum mit Norm definiert man die zugehörige Metrik durch
Es sei ein Vektorraum über mit einem Skalarprodukt . Man nennt zwei Vektoren orthogonal zueinander (oder senkrecht), wenn
ist.
Es sei ein - Vektorraum mit Skalarprodukt und ein Untervektorraum. Dann heißt
das orthogonale Komplement von .
Es sei ein - Vektorraum mit einem Skalarprodukt. Eine Basis , , von heißt Orthogonalbasis, wenn
gilt.
Es sei ein - Vektorraum mit Skalarprodukt . Eine Basis , , von heißt Orthonormalbasis, wenn
gilt.
Zu einem Körper ist auf dem durch
eine Verknüpfung erklärt, die das Kreuzprodukt heißt.
Es seien Vektorräume über mit Skalarprodukten und
eine lineare Abbildung. Dann heißt eine Isometrie, wenn
für alle gilt.
Es sei ein Körper und die Einheitsmatrix der Länge . Eine Matrix mit
heißt orthogonale Matrix. Die Menge aller orthogonalen Matrizen heißt orthogonale Gruppe, sie wird mit
bezeichnet.
Eine Matrix mit
heißt unitäre Matrix. Die Menge aller unitären Matrizen heißt unitäre Gruppe, sie wird mit
bezeichnet.
Eine Isometrie auf einem euklidischen Vektorraum heißt eigentlich, wenn ihre Determinante gleich ist.
Es sei ein Körper und . Eine orthogonale - Matrix mit
heißt spezielle orthogonale Matrix. Die Menge aller speziellen orthogonalen Matrizen heißt spezielle orthogonale Gruppe, sie wird mit bezeichnet.
Eine unitäre - Matrix mit
heißt spezielle unitäre Matrix. Die Menge aller speziellen unitären Matrizen heißt spezielle unitäre Gruppe, sie wird mit bezeichnet.
Eine lineare Abbildung
zwischen euklidischen Vektorräumen und heißt winkeltreu, wenn für je zwei Vektoren die Beziehung
gilt.
Zu zwei nichtleeren Teilmengen in einem metrischen Raum nennt man
den Abstand der Teilmengen und .
Zwei Dreiecke in einer euklidischen Ebene heißen kongruent, wenn sie durch die Hintereinanderschaltung von Verschiebungen und Isometrien ineinander überführt werden können.
Zwei Dreiecke in einer euklidischen Ebene heißen ähnlich, wenn sie durch die Hintereinanderschaltung von Verschiebungen und winkeltreuen Abbildungen ineinander überführt werden können.
Ein Dreieck heißt rechtwinklig, wenn an einem Eckpunkt die anliegenden Seiten orthogonal zueinander sind.
Unter der Hypotenuse versteht man die Seite eines rechtwinkligen Dreiecks, die dem rechten Winkel gegenüber liegt.
Unter einer Kathete versteht man eine Seite eines rechtwinkligen Dreiecks, die an den rechten Winkel anliegt.
Zu einem Dreieck in einer euklidischen Ebene heißt die Gerade durch , die senkrecht auf der Geraden durch und steht, die Höhengerade durch . Die Verbindungsstrecke von zur Geraden durch und heißt Höhe durch .
In einem Dreieck in einer euklidischen Ebene heißt der Schnittpunkt der Höhe durch mit der Geraden durch und der Höhenfußpunkt dieser Höhe.
Zu einer Menge von Punkten in einem affinen Raum über einem reellen Vektorraum nennt man die baryzentrische Kombination
den Schwerpunkt der Punkte.
Zu einem nichtausgearteten Dreieck in einer euklidischen Ebene heißt die Gerade
die Seitenhalbierende durch
Zu zwei Punkten in der euklidischen Ebene nennt man die Gerade, die senkrecht auf der durch und gegebenen Gerade steht und durch den Mittelpunkt der Strecke zwischen und verläuft, die Mittelsenkrechte der Strecke.
Der Schnittpunkt der drei Mittelsenkrechten in einem nichtausgearteten Dreieck in der euklidischen Ebene heißt Umkreismittelpunkt.
Zu zwei linear unabhängigen Vektoren und in einem normierten reellen Vektorraum nennt man die von
erzeugte Gerade die Winkelhalbierende der beiden Strahlen.
Der Schnittpunkt der drei Winkelhalbierenden in einem nichtausgearteten Dreieck in der euklidischen Ebene heißt Inkreismittelpunkt.
Zu einem nichtausgearteten Dreieck in einer euklidischen Ebene heißt der Schnittpunkt der drei Höhen der Höhenschnittpunkt.
Es sei ein Körper und ein - Vektorraum. Eine Abbildung
heißt Bilinearform, wenn für alle die induzierten Abbildungen
und für alle die induzierten Abbildungen
- linear sind.
Es sei ein Körper und ein - Vektorraum. Eine Bilinearform
heißt nicht ausgeartet, wenn für alle , die induzierten Abbildungen
und für alle , die induzierten Abbildungen
nicht die Nullabbildung sind.
Es sei ein Körper, ein endlichdimensionaler - Vektorraum und eine Bilinearform auf . Es sei eine Basis von . Dann heißt die - Matrix
die Gramsche Matrix von bezüglich dieser Basis.
Es sei ein Körper, ein - Vektorraum und eine Bilinearform auf . Die Bilinearform heißt symmetrisch, wenn
für alle gilt.
Es sei ein Körper, ein - Vektorraum und eine symmetrische Bilinearform auf . Zwei Vektoren heißen orthogonal, wenn
ist.
Es sei ein Körper, ein - Vektorraum und eine symmetrische Bilinearform auf . Eine Basis , von heißt Orthogonalbasis, wenn
für alle
ist.
Es sei ein Körper, ein - Vektorraum und eine symmetrische Bilinearform auf . Der Untervektorraum
heißt Ausartungsraum zur Bilinearform.
Es sei ein reeller Vektorraum mit einer symmetrischen Bilinearform . Diese Bilinearform heißt
- positiv definit, wenn für alle , ist.
- negativ definit, wenn für alle , ist.
- positiv semidefinit, wenn für alle ist.
- negativ semidefinit, wenn für alle ist.
- indefinit, wenn weder positiv semidefinit noch negativ semidefinit ist.
Es sei ein endlichdimensionaler reeller Vektorraum mit einer symmetrischen Bilinearform . Man sagt, dass eine solche Bilinearform den Typ
besitzt, wobei
und
ist.
Es sei ein Körper, und seien - Vektorräume über und
sei eine Bilinearform. Man sagt, dass eine vollständige Dualität definiert, wenn die Abbildung
bijektiv ist.
Ein reeller Vektorraum der Dimension mit einer Bilinearform vom Typ heißt Minkowski-Raum.
Es sei ein Minkowski-Raum mit der Minkowski-Form . Ein Vektor mit
heißt lichtartig, ein Vektor mit
heißt zeitartig und ein Vektor mit
heißt raumartig.
Es sei ein Minkowski-Raum mit einer Minkowski-Form . Die Vektoren mit
heißen Beobachtervektoren oder Vierergeschwindigkeit eines Beobachters.
Es sei ein Minkowski-Raum und seien und Beobachter mit den Vierergeschwindigkeiten und . Dann nennt man den Vektor
den Geschwindigkeitsvektor von relativ zu . Man nennt
die Relativgeschwindigkeit der beiden Beobachter.
Es sei ein Vektorraum über dem Körper . Die Menge aller Bilinearformen auf , versehen mit der punktweisen Addition und Skalarmultiplikation, heißt Vektorraum der Bilinearformen. Er wird mit bezeichnet.
Es seien und Vektorräume über den komplexen Zahlen . Eine Abbildung
heißt antilinear (oder semilinear), wenn
für alle und wenn
für alle und gilt.
Es sei ein - Vektorraum. Eine Abbildung
heißt Sesquilinearform, wenn für alle die induzierten Abbildungen
- antilinear und für alle die induzierten Abbildungen
- linear sind.
Es sei ein endlichdimensionaler - Vektorraum zusammen mit einer Sesquilinearform . Es sei eine Basis von . Dann heißt die - Matrix
die Gramsche Matrix von bezüglich dieser Basis.
Eine Sesquilinearform auf einem komplexen Vektorraum heißt hermitesch, wenn
für alle ist.
Eine quadratische komplexe Matrix
heißt hermitesch, wenn
für alle gilt.
Es sei ein - Vektorraum mit Skalarprodukt und
ein Endomorphismus. Man nennt einen Endomorphismus
adjungiert zu , wenn
für alle gilt.
Es sei ein - Vektorraum mit Skalarprodukt und sei
ein Endomorphismus. Dann heißt selbstadjungiert, wenn
für alle gilt.
Lineare Abbildungen
auf einem - Vektorraum heißen vertauschbar, wenn
gilt.
Es sei ein endlichdimensionaler - Vektorraum mit Skalarprodukt . Ein Endomorphismus
heißt normal, wenn und der adjungierte Endomorphismus vertauschbar sind.
Zu einer Variablenmenge und einem - Tupel nennt man einen Ausdruck der Form ein Monom in den .
Unter einem Polynom in den Variablen über einem Körper versteht man eine endliche Linearkombination von Monomen
mit .
Zu einem Körper und einer Variablenmenge besteht der Polynomring
aus allen Polynomen in diesen Variablen, wobei diese Menge durch die komponentenweise Addition und die Multiplikation, die sich durch die distributive Fortsetzung der Regel
ergibt, zu einem kommutativen Ring gemacht wird.
Es sei ein Körper und sei ein Polynom in Variablen. Dann nennt man
das Nullstellengebilde (oder Nullstellenmenge) zu .
Unter einem quadratischen Polynom über einem Körper versteht man ein Polynom vom Grad , also einen Ausdruck der Form
mit .
Zu einer Bilinearform auf einem - Vektorraum nennt man die Abbildung
die zugehörige quadratische Form.
Es sei eine Gruppe und ein Element. Dann nennt man die kleinste positive Zahl mit die Ordnung von . Man schreibt hierfür . Wenn alle positiven Potenzen von vom neutralen Element verschieden sind, so setzt man .
Eine Gruppe heißt zyklisch, wenn sie von einem Element erzeugt wird.
Es seien und Gruppen. Eine Abbildung
heißt Gruppenhomomorphismus, wenn die Gleichheit
für alle gilt.
Es seien und Gruppen. Einen bijektiven Gruppenhomomorphismus
nennt man einen Isomorphismus (oder eine Isomorphie). Die beiden Gruppen heißen isomorph, wenn es einen Isomorphismus zwischen ihnen gibt.
Es sei eine Gruppe und fixiert. Die durch definierte Abbildung
heißt innerer Automorphismus.
Es seien und Gruppen und sei
ein Gruppenhomomorphismus. Dann nennt man das Urbild des neutralen Elementes den Kern von , geschrieben
Es seien und Mengen. Eine Relation zwischen und ist eine Teilmenge .
Eine Relation auf einer Menge heißt Ordnungsrelation oder Ordnung, wenn folgende drei Bedingungen erfüllt sind.
- Es ist für alle .
- Aus und folgt stets .
- Aus und folgt .
Eine Äquivalenzrelation auf einer Menge ist eine Relation , die die folgenden drei Eigenschaften besitzt (für beliebige ).
- Es ist (reflexiv).
- Aus folgt (symmetrisch).
- Aus und folgt (transitiv).
Dabei bedeutet , dass das Paar zu gehört.
Es sei eine Äquivalenzrelation und . Dann ist
die Äquivalenzklasse von bezüglich .
Es sei eine Äquivalenzrelation. Dann heißt
die Quotientenmenge von .
Es sei eine Äquivalenzrelation und die Quotientenmenge. Die Abbildung
heißt kanonische Projektion von .
Es seien und Ringe. Eine Abbildung
heißt Ringhomomorphismus, wenn folgende Eigenschaften gelten:
- .
- .
- .
Es sei ein kommutativer Ring und ein Ideal in . Zu heißt die Teilmenge
die Nebenklasse von zum Ideal . Jede Teilmenge von dieser Form heißt Nebenklasse zu .
Es sei ein kommutativer Ring und ein Ideal in . Dann ist der Restklassenring (sprich „R modulo I“) ein kommutativer Ring, der durch folgende Daten festgelegt ist.
- Als Menge ist die Menge der Nebenklassen zu .
- Durch
wird eine Addition von Nebenklassen definiert.
- Durch
wird eine Multiplikation von Nebenklassen definiert.
- definiert das neutrale Element für die Addition (die Nullklasse).
- definiert das neutrale Element für die Multiplikation (die Einsklasse).
Es sei ein Körper, ein - Vektorraum und ein Untervektorraum. Dann nennt man die Menge der Äquivalenzklassen mit der in Satz 48.2 bewiesenen Vektorraumstruktur den Restklassenraum (oder Quotientenraum) von modulo .
Es sei ein endlichdimensionaler reeller Vektorraum. Man nennt zwei Basen und orientierungsgleich, wenn die Determinante ihrer Übergangsmatrix positiv ist.
Es sei ein endlichdimensionaler reeller Vektorraum. Eine Orientierung auf ist eine Äquivalenzklasse von Basen von unter der Äquivalenzrelation, orientierungsgleich zu sein.
Es sei ein endlichdimensionaler reeller Vektorraum. Er heißt orientiert, wenn auf ihm eine Orientierung erklärt ist.
Es seien und zwei endlichdimensionale orientierte reelle Vektorräume. Eine bijektive lineare Abbildung
heißt orientierungstreu, wenn für jede Basis , die die Orientierung auf repräsentiert, die Bildvektoren die Orientierung auf repräsentieren.
Es sei eine Teilmenge in einem euklidischen Vektorraum. Eine eigentliche Isometrie
mit heißt eigentliche Symmetrie oder Bewegung von .
Zu heißt die Untergruppe
der geraden Permutationen die alternierende Gruppe.
Zu einem regelmäßigen -Eck () heißt die Gruppe der (eigentlichen oder uneigentlichen) linearen Symmetrien die Diedergruppe .
Es sei eine endliche Untergruppe der Gruppe der eigentlichen, linearen Isometrien im . Dann nennt man jede Gerade durch den Nullpunkt, die als Drehachse eines Elementes auftritt, eine Achse von . Die Halbgeraden dieser Drehachsen nennt man die Halbachsen der Gruppe und die Gesamtmenge dieser Halbachsen nennen wir das zu gehörige Halbachsensystem. Es wird mit bezeichnet. Zwei Halbachsen heißen äquivalent, wenn es ein mit gibt. Die Äquivalenzklassen zu dieser Äquivalenzrelation nennt man Halbachsenklassen.
Es sei ein metrischer Raum, und eine positive reelle Zahl. Es ist
die offene und
die abgeschlossene -Kugel um .
Es sei ein metrischer Raum. Eine Teilmenge heißt offen (in ), wenn für jedes ein mit
existiert.
Es sei ein metrischer Raum. Eine Teilmenge heißt abgeschlossen, wenn das Komplement offen ist.
Ein topologischer Raum besteht aus einer Menge zusammen mit einer Teilmenge der Potenzmenge von , die folgende strukturelle Bedingungen erfüllt (die Teilmengen , die zu gehören, nennt man offene Mengen).
- Die leere Menge und die ganze Menge sind offen (d.h. gehören zu ).
- Der Durchschnitt von endlich vielen offenen Mengen ist wieder offen, d.h. mit ist auch .
- Die Vereinigung von beliebig vielen offenen Mengen ist wieder offen, d.h. mit für jedes (zu einer beliebigen Indexmenge ) ist auch .
Es sei ein - Vektorraum. Zwei Normen und heißen äquivalent, wenn sie die gleiche Topologie, also die gleichen offenen Mengen definieren.
Eine Teilmenge eines metrischen Raumes heißt beschränkt, wenn es eine reelle Zahl mit
gibt.
Eine Teilmenge heißt kompakt, wenn sie abgeschlossen und beschränkt ist.
Ein topologischer Raum heißt kompakt (oder überdeckungskompakt), wenn es zu jeder offenen Überdeckung
eine endliche Teilmenge derart gibt, dass
ist.
Es seien und metrische Räume,
eine Abbildung und . Die Abbildung heißt stetig in , wenn für jedes ein derart existiert, dass
gilt. Die Abbildung heißt stetig, wenn sie stetig in für jedes ist.
Es seien und endlichdimensionale normierte - Vektorräume und eine lineare Abbildung. Dann nennt man
die Norm von .
Es sei ein endlichdimensionaler - Vektorraum und
ein Endomorphismus. Dann heißt asymptotisch stabil, wenn die Folge in gegen die Nullabbildung konvergiert.
Es sei ein endlichdimensionaler - Vektorraum und
ein Endomorphismus. Der Spektralradius von ist
Es sei ein endlichdimensionaler - Vektorraum und
ein Endomorphismus. Dann heißt stabil, wenn die Folge in beschränkt ist.
Eine reelle quadratische Matrix
heißt spaltenstochastisch, wenn alle Einträge
sind und für jede Spaltensumme (also jedes )
gilt.
Es sei ein Körper und seien - Vektorräume. Es sei der von sämtlichen Symbolen (mit ) erzeugte - Vektorraum (wir schreiben die Basiselemente als ). Es sei der von allen Elementen der Form
- ,
- ,
erzeugte - Untervektorraum von . Dann nennt man den Restklassenraum das Tensorprodukt der , . Es wird mit
bezeichnet.
Es sei ein Körper und seien Vektorräume über . Zu - linearen Abbildungen
heißt die lineare Abbildung
das Tensorprodukt der . Es wird mit bezeichnet.
Eine Teilmenge eines Körpers heißt Unterkörper von , wenn folgende Eigenschaften gelten.
- Es ist .
- Mit ist auch .
- Mit ist auch .
- Mit ist auch .
- Mit , ist auch .
Es sei ein Körper und ein Unterkörper von . Dann heißt ein Erweiterungskörper (oder Oberkörper) von und die Inklusion heißt eine Körpererweiterung.
Zu einem - Vektorraum über einem Körper und einer Körpererweiterung nennt man den durch Körperwechsel gewonnenen -Vektorraum.
Zu einer linearen Abbildung
zwischen - Vektorräumen und und einer Körpererweiterung heißt die -lineare Abbildung
die durch Körperwechsel gewonnene lineare Abbildung.
Es sei ein Körper und ein - Vektorraum. Man nennt den (in Konstruktion 57.3 konstruierten) -Vektorraum die -te äußere Potenz (oder das -te Dachprodukt) von . Die Abbildung
nennt man die universelle alternierende Abbildung.