Kurs:Lineare Algebra (Osnabrück 2024-2025)/Teil I/Vorlesung 30/latex

\setcounter{section}{30}






\bild{ \begin{center}
\includegraphics[width=5.5cm]{\bildeinlesung {Waeller33.jpg} }
\end{center}
\bildtext {Uff, das wär geschafft. Nicht nur Vorli braucht jetzt erstmal Urlaub. Irgendwas mit Bergen und Meer. Land egal.} }

\bildlizenz { Waeller33.jpg } {} {Odatrulle} {Commons} {CC-by-sa 4.0} {}







\zwischenueberschrift{Affine Erzeugendensysteme}





\inputfaktbeweis
{Affiner Raum/Affiner Unterraum/Durchschnittseigenschaft/Fakt}
{Lemma}
{}
{

\faktsituation {Es sei $E$ ein \definitionsverweis {affiner Raum}{}{} über dem $K$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} $V$.}
\faktfolgerung {Dann ist der Durchschnitt von einer Familie
\mathbed {F_i \subseteq E} {}
{i \in I} {}
{} {} {} {,} von \definitionsverweis {affinen Unterräumen}{}{} wieder affin.}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Wenn der Durchschnitt leer ist, so gilt die Aussage nach Definition. Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ P }
{ \in }{ \bigcap_{i \in I} F_i }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Wir können die affinen Unterräume als
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{F_i }
{ =} { P+ U_i }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} mit \definitionsverweis {Untervektorräumen}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{U_i }
{ \subseteq }{V }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} schreiben. Sei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{U }
{ =} { \bigcap_{i \in I} U_i }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{,} was nach Lemma 6.16  (1) ein Untervektorraum ist. Wir behaupten
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \bigcap_{i \in I} F_i }
{ =} { P +U }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Aus
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ Q }
{ \in }{ \bigcap_{i \in I} F_i }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} folgt
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{Q }
{ =} {P+u }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ u }
{ \in }{ \bigcap_{i \in I} U_i }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,} sodass
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ Q }
{ \in }{ P+U }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} liegt. Umgekehrt folgt aus
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ Q }
{ \in }{ P+U }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} direkt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ Q }
{ \in }{ P+U_i }
{ = }{ F_i }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}

}

Insbesondere gibt es zu jeder Teilmenge
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{T }
{ \subseteq }{E }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} in einem affinen Raum $E$ einen kleinsten affinen Unterraum, der $T$ umfasst.




\inputfaktbeweis
{Affiner Raum/Punktmenge/Erzeugter affiner Unterraum/Fakt}
{Lemma}
{}
{

\faktsituation {Es sei $E$ ein \definitionsverweis {affiner Raum}{}{} über dem $K$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} $V$ und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{T }
{ \subseteq }{E }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} eine Teilmenge.}
\faktfolgerung {Dann besteht der kleinste \definitionsverweis {affine Unterraum}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ F }
{ \subseteq }{ E }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} von $E$, der $T$ umfasst, aus allen baryzentrischen Kombinationen
\mathdisp {\sum_{i=1}^n a_i P_i \text{ mit } P_i \in T \text{ und } \sum_{i=1}^n a_i =1} { . }
}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Die angegebene Menge enthält die einzelnen Punkte aus $T$, da man als baryzentrisches Koordinatentupel insbesondere ein Standardtupel nehmen kann. Daher ergibt sich die Behauptung aus Lemma 29.14 und Aufgabe 29.20.

}





\inputdefinition
{}
{

Es sei $E$ ein \definitionsverweis {affiner Raum}{}{} über dem $K$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} $V$ und sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{F }
{ \subseteq }{E }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein \definitionsverweis {affiner Unterraum}{}{.} Eine Familie von Punkten
\mathbed {P_i \in F} {}
{i \in I} {}
{} {} {} {,} heißt \definitionswort {affines Erzeugendensystem}{} von $F$, wenn $F$ der kleinste affine Unterraum von $E$ ist, der alle Punkte $P_i$ umfasst.

} Ein Punkt erzeugt als affinen Raum den Punkt selbst, zwei Punkte erzeugen die Verbindungsgerade.






\zwischenueberschrift{Affine Unabhängigkeit}




\inputdefinition
{}
{

Es sei $E$ ein \definitionsverweis {affiner Raum}{}{} über einem $K$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} $V$ und es sei
\mathdisp {P_1 , \ldots , P_n} { }
eine endliche Familie von Punkten aus $E$. Man nennt die Punktfamilie \definitionswort {affin-unabhängig}{,} wenn eine Gleichheit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \sum_{i = 1}^n a_i P_i }
{ =} {\sum_{i = 1}^n b_i P_i }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} mit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \sum_{i = 1}^n a_i }
{ =} {\sum_{i = 1}^n b_i }
{ =} {1 }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} nur bei
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{a_i }
{ =} {b_i }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} für alle
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{i }
{ = }{ 1 , \ldots , n }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} möglich ist.

}


\inputfaktbeweis
{Affiner Raum/Endliche Punktfamilie/Affin unabhängig/Charakterisierung/Fakt}
{Lemma}
{}
{

\faktsituation {Es sei $E$ ein \definitionsverweis {affiner Raum}{}{} über einem $K$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} $V$ und es sei
\mathdisp {P_1 , \ldots , P_n} { }
eine endliche Familie von Punkten aus $E$.}
\faktuebergang {Dann sind die folgenden Aussagen äquivalent.}
\faktfolgerung {\aufzaehlungvier{Die Punkte
\mathl{P_1 , \ldots , P_n}{} sind \definitionsverweis {affin unabhängig}{}{.} }{Für jedes
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ i }
{ \in }{ { \{ 1 , \ldots , n \} } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist die Vektorfamilie
\mathdisp {\overrightarrow{ P_i P_1 } , \ldots , \overrightarrow{ P_i P_{i-1} }, \, \overrightarrow{ P_i P_{i+1} } , \ldots , \overrightarrow{ P_i P_n }} { }
\definitionsverweis {linear unabhängig}{}{.} }{Es gibt ein
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ i }
{ \in }{ { \{ 1 , \ldots , n \} } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} derart, dass die Vektorfamilie
\mathdisp {\overrightarrow{ P_i P_1 } , \ldots , \overrightarrow{ P_i P_{i-1} } ,\, \overrightarrow{ P_i P_{i+1} } , \ldots , \overrightarrow{ P_i P_n }} { }
linear unabhängig ist. }{Die Punkte
\mathl{P_1 , \ldots , P_n}{} bilden in dem von ihnen \definitionsverweis {erzeugten}{}{} \definitionsverweis {affinen Unterraum}{}{} eine \definitionsverweis {affine Basis}{}{.} }}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{ Siehe Aufgabe 30.3. }






\zwischenueberschrift{Affine Abbildungen}




\inputdefinition
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und seien \mathkor {} {E} {und} {F} {} \definitionsverweis {affine Räume}{}{} über den \definitionsverweis {Vektorräumen}{}{}
\mathbed {V} {bzw.}
{W} {}
{} {} {} {.} Eine \definitionsverweis {Abbildung}{}{} \maabbdisp {\psi} {E} {F } {} heißt \definitionswort {affin}{} \zusatzklammer {oder \stichwort {affin-lineare Abbildung} {}} {} {,} wenn es eine \definitionsverweis {lineare Abbildung}{}{} \maabbdisp {\varphi} {V} {W } {} mit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{\psi (P+v) }
{ =} { \psi(P) + \varphi(v) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} für alle
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ P }
{ \in }{ E }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ v }
{ \in }{ V }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gibt.

}

Es genügt, diese Bedingung für einen einzigen Punkt und alle Vektoren zu überprüfen, siehe Aufgabe 30.7.






\inputbemerkung
{}
{

Eine Abbildung \maabbdisp {\psi} {E} {F } {} ist genau dann \definitionsverweis {affin-linear}{}{} mit linearem Anteil $\varphi$, wenn das Diagramm
\mathdisp {\begin{matrix} V \times E & \stackrel{ + }{\longrightarrow} & E & \\ \!\!\!\!\! \varphi \times \psi \downarrow & & \downarrow \psi \!\!\!\!\! & \\ W \times F & \stackrel{ + }{\longrightarrow} & F & \!\!\!\!\! \\ \end{matrix}} { }
kommutiert. Zu einer affin-linearen Abbildung \maabbdisp {\psi} { E } { F } {} ist der lineare Anteil \zusatzklammer {bei
\mavergleichskettek
{\vergleichskettek
{ E }
{ \neq }{ \emptyset }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{}} {} {} \maabbdisp {\varphi} { V } { W } {} eindeutig bestimmt. Es ist nämlich notwendigerweise
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \varphi (v) }
{ =} { \overrightarrow{ \psi(P) \psi (P+v) } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} für einen beliebigen Punkt
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ P }
{ \in }{ E }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Daher bezeichnen wir den linearen Anteil mit $\psi_0$. Für zwei Punkte
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ P,Q }
{ \in }{ E }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gilt insbesondere
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \psi_0 ( \overrightarrow{ P Q } ) }
{ =} { \overrightarrow{ \psi(P) \psi (Q) } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}





\inputfaktbeweis
{Affin-lineare Abbildung/Funktorielle Eigenschaften/Fakt}
{Lemma}
{}
{

\faktsituation {Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und seien \mathkor {} {E, F} {und} {G} {} \definitionsverweis {affine Räume}{}{} über den \definitionsverweis {Vektorräumen}{}{}
\mathbed {U,V} {bzw.}
{W} {}
{} {} {} {.}}
\faktuebergang {Dann gelten folgende Aussagen.}
\faktfolgerung {\aufzaehlungfuenf{Die Identität \maabbdisp {\operatorname{Id}_{ E }} {E} {E } {} ist affin-linear. }{Die Verknüpfung von \definitionsverweis {affin-linearen Abbildungen}{}{} \maabbdisp {} {E} {F } {} und \maabbdisp {} { F } { G } {} ist wieder affin-linear. }{Zu einer bijektiven affin-linearen Abbildung \maabbdisp {\psi} {E} {F } {} ist auch die \definitionsverweis {Umkehrabbildung}{}{} affin-linear. }{Zu
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ v }
{ \in }{ V }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist die Verschiebung \maabbeledisp {} { E } { E } { P } { P+v } {,} affin-linear. }{Eine \definitionsverweis {lineare Abbildung}{}{} ist affin-linear. }}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Diese Eigenschaften folgen unmittelbar aus der Definition.

}





\inputfaktbeweis
{Affin-lineare Abbildung/Baryzentrische Kombination/Fakt}
{Lemma}
{}
{

\faktsituation {Es seien \mathkor {} {E} {und} {F} {} \definitionsverweis {affine Räume}{}{} über einem \definitionsverweis {Körper}{}{} $K$ und sei \maabbdisp {\psi} {E} {F } {} eine Abbildung.}
\faktfolgerung {Dann ist $\psi$ genau dann \definitionsverweis {affin-linear}{}{,} wenn für jede \definitionsverweis {baryzentrische Kombination}{}{}
\mathl{\sum_{i \in I} a_i P_i}{} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ P_i }
{ \in }{ E }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} die Gleichheit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \psi { \left( \sum_{i \in I} a_i P_i \right) } }
{ =} { \sum_{i \in I} a_i \psi(P_i) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gilt.}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Es seien $V$ und $W$ die Vektorräume zu $E$ bzw. zu $F$. Es sei zunächst $\psi$ affin-linear mit linearem Anteil \maabbdisp {\psi_0} {V} {W } {} und eine baryzentrische Kombination
\mathl{\sum_{i \in I} a_i P_i}{} mit
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ P_i }
{ \in }{ E }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ \sum_{i \in I} a_i }
{ = }{ 1 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} gegeben. Dann ist \zusatzklammer {mit einem beliebigen Punkt
\mavergleichskettek
{\vergleichskettek
{ Q }
{ \in }{ E }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{}} {} {}
\mavergleichskettealign
{\vergleichskettealign
{ \psi { \left( \sum_{i \in I} a_i P_i \right) } }
{ =} { \psi { \left( Q + \sum_{i \in I} a_i \overrightarrow{ Q P_i } \right) } }
{ =} { \psi(Q) + \psi_0 { \left( \sum_{i \in I} a_i \overrightarrow{ Q P_i } \right) } }
{ =} { \psi(Q) + \sum_{i \in I} a_i \psi_0 { \left( \overrightarrow{ Q P_i } \right) } }
{ =} { \psi(Q) + \sum_{i \in I} a_i \overrightarrow{ \psi(Q) \psi(P_i) } }
} {
\vergleichskettefortsetzungalign
{ =} { \sum_{i \in I} a_i \psi(P_i) }
{ } {}
{ } {}
{ } {}
} {}{.}

Es sei nun umgekehrt die Abbildung $\psi$ mit den baryzentrischen Kombinationen verträglich. Wir setzen
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \varphi (v) }
{ \defeq} { \overrightarrow{ \psi(P) \psi(P+v) } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} für
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ v }
{ \in }{ V }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{,} mit einem
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ P }
{ \in }{ E }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Wir zeigen zunächst, dass dies unabhängig von dem gewählten Punkt $P$ ist. Es ist
\mathdisp {(P+v) - (Q+v) + Q} { }
eine baryzentrische Kombination für den Punkt $P$, siehe Aufgabe 29.15. Daher ist in $F$
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \psi (P+v) - \psi (Q+v) + \psi (Q) }
{ =} { \psi(P) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.} Somit ist in $V$
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \overrightarrow{ \psi(P) \psi(P+v) } - \overrightarrow{ \psi(P) \psi(Q+v) } + \overrightarrow{ \psi(P) \psi(Q) } }
{ =} { 0 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} und daher
\mavergleichskettealign
{\vergleichskettealign
{ \overrightarrow{ \psi(P) \psi(P+v) } }
{ =} { \overrightarrow{ \psi(P) \psi(Q+v) } - \overrightarrow{ \psi(P) \psi(Q) } }
{ =} { \overrightarrow{ \psi(P) \psi(Q+v) } + \overrightarrow{ \psi(Q) \psi(P) } }
{ =} { \overrightarrow{ \psi(Q) \psi(Q+v) } }
{ } { }
} {} {}{.} Es bleibt zu zeigen, dass $\varphi$ linear ist. Für
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ u }
{ = }{ \overrightarrow{ P Q } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ v }
{ = }{ \overrightarrow{ P R } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ist
\mavergleichskettealignhandlinks
{\vergleichskettealignhandlinks
{ \psi(P) + \varphi (au+bv) }
{ =} { \psi (P+au+bv) }
{ =} { \psi { \left( P+a \overrightarrow{ P Q } +b\overrightarrow{ P R } \right) } }
{ =} { \psi ( (1-a-b)P +a Q +b R ) }
{ =} { (1-a-b) \psi(P) + a \psi (Q ) + b \psi (R) }
} {
\vergleichskettefortsetzungalign
{ =} { \psi(P) + a \overrightarrow{ \psi(P) \psi(Q) } + b \overrightarrow{ \psi(P) \psi(R) } }
{ =} { \psi(P) + a \varphi { \left( \overrightarrow{ P Q } \right) } + b \varphi { \left( \overrightarrow{ P R } \right) } }
{ =} { \psi(P) + a \varphi (u) + b \varphi (v) }
{ } {}
} {}{.} Also ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \varphi (au+bv) }
{ =} { a \varphi (u) + b \varphi (v) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}





\inputdefinition
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und seien \mathkor {} {E} {und} {F} {} \definitionsverweis {affine Räume}{}{} über den $K$-\definitionsverweis {Vektorräumen}{}{}
\mathbed {V} {bzw.}
{W} {}
{} {} {} {.} Eine \definitionsverweis {bijektive}{}{} \definitionsverweis {affine Abbildung}{}{} \maabbdisp {\psi} {E} {F } {} heißt \definitionswort {affiner Isomorphismus}{.}

}

In einem gewissen Sinne setzen sich affin-lineare Abbildungen aus Verschiebungen und aus linearen Abbildungen zusammen.





\inputfaktbeweis
{Affin-lineare Abbildung/Fixpunkt/Linear/Fakt}
{Lemma}
{}
{

\faktsituation {Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und sei $E$ ein \definitionsverweis {affiner Raum}{}{} über dem \definitionsverweis {Vektorraum}{}{} $V$. Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ P }
{ \in }{ E }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}}
\faktfolgerung {Dann entsprechen sich die affin-linearen Abbildungen \maabbdisp {\psi} {E} {E } {} mit $P$ als Fixpunkt und die \definitionsverweis {linearen Abbildungen}{}{} \maabbdisp {\varphi} { V } { V } {.}}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Die Zuordnung ist durch
\mathl{\psi \mapsto \psi_0}{} gegeben. Wir müssen zeigen, dass es zu jeder linearen Abbildung \maabb {\varphi} {V} {V } {} eine eindeutige affin-lineare Abbildung \maabbdisp {\psi} { E } { E } {} mit diesem linearen Anteil gibt. Wegen
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \psi (Q) }
{ =} { \psi (P) + \varphi( \overrightarrow{ P Q } ) }
{ =} { P + \varphi( \overrightarrow{ P Q } ) }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} kann es nur eine affin-lineare Abbildung geben, und durch diese Vorschrift kann man die Abbildung auch definieren.

}


Der folgende Satz heißt \stichwort {Festlegungssatz für affine Abbildungen} {} und ist analog zu Satz 10.10.




\inputfaktbeweis
{Affin-lineare Abbildung/Vorgabe auf affiner Basis/Fakt}
{Satz}
{}
{

\faktsituation {Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und seien \mathkor {} {E} {und} {F} {} \definitionsverweis {affine Räume}{}{} über den \definitionsverweis {Vektorräumen}{}{}
\mathbed {V} {bzw.}
{W} {}
{} {} {} {.} Es sei
\mathbed {P_i} {}
{i \in I} {}
{} {} {} {,} eine \definitionsverweis {affine Basis}{}{} von $E$ und
\mathbed {Q_i} {}
{i \in I} {}
{} {} {} {,} eine Familie von Punkten in $F$.}
\faktfolgerung {Dann gibt es eine eindeutig bestimmte \definitionsverweis {affin-lineare Abbildung}{}{} \maabbdisp {\psi} { E } { F } {} mit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \psi(P_i) }
{ =} { Q_i }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} für alle
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ i }
{ \in }{ I }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.}}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Es sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ i_0 }
{ \in }{ I }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Es gibt nach Satz 10.10 eine eindeutig bestimmte \definitionsverweis {lineare Abbildung}{}{} \maabbdisp {\varphi} { V } { W } {} mit
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \varphi ( \overrightarrow{ P_{i_0} P_i } ) }
{ =} { \overrightarrow{ Q_{i_0} Q_i } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{,} für alle
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ i }
{ \in }{ I \setminus \{i_0\} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} Dann ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \psi(R) }
{ =} { Q_{i_0} + \varphi ( \overrightarrow{ P_{i_0} R } ) }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} eine affin-lineare Abbildung mit der gewünschten Eigenschaft. Umgekehrt ist eine solche affine Abbildung $\psi$ durch den linearen Anteil und durch den Wert an einem einzigen Punkt eindeutig festgelegt, sodass
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \psi_0 }
{ =} { \varphi }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} sein muss.

}





\inputfaktbeweis
{Affiner Raum/Affine Basis/Hyperebenenrealisierung/Fakt}
{Korollar}
{}
{

\faktsituation {Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} und sei $E$ ein \definitionsverweis {affiner Raum}{}{} mit einer \definitionsverweis {affinen Basis}{}{}
\mathl{P_1 , \ldots , P_n, P_{n+1}}{.}}
\faktfolgerung {Dann ist die Abbildung \maabbeledisp {} { E } { K^{n+1} } { P } { (a_1 , \ldots , a_n, a_{n+1}) } {,} wobei $a_i$ die \definitionsverweis {baryzentrischen Koordinaten}{}{} von $P$ sind, eine \definitionsverweis {affin-lineare}{}{} Abbildung, die eine affine \definitionsverweis {Isomorphie}{}{} zwischen $E$ und dem \definitionsverweis {affinen Unterraum}{}{}
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ F }
{ \subset }{ K^{n+1} }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} stiftet, der durch
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ F }
{ =} { { \left\{ x \in K^{n+1} \mid \sum_{ i = 1}^{n+1} x_i = 1 \right\} } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gegeben ist. Der Vektorraum zu $F$ ist
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ W }
{ =} { { \left\{ x \in K^{n+1} \mid \sum_{ i = 1}^{n+1} x_i = 0 \right\} } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}}
\faktzusatz {}
\faktzusatz {}

}
{

Nach Satz 30.12 gibt es eine eindeutig bestimmte affin-lineare Abbildung \maabbdisp {} { E } { K^{n+1} } {,} die $P_i$ auf den $i$-ten \definitionsverweis {Standardvektor}{}{} $e_i$ abbildet. Dabei wird nach Lemma 30.9
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ P }
{ =} { \sum_{i = 1}^{n+1} a_iP_i }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} auf
\mathdisp {\sum_{1 = 1}^{n+1} a_i e_i} { }
abgebildet. Wegen
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \sum_{i = 1}^{n+1} a_i }
{ =} { 1 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} gehört dieser Punkt zu $F$. Die Bijektivität ist klar.

}