Basis und Dimension

Basis und Dimension

#Definition: Basis

Sei V≠{0} ein K-Vektorraum. Ein endliches linear unabhängiges Erzeugendensystem {v1,…,vn} von V heißt Basis von V.
Ausführlich bedeutet das: {v1,…,vn} heißt Basis von V, falls gilt

  1. v1,…,vn sind linear unabhängig

  2. {v1,…,vn} ist ein Erzeugendensystem: span{v1,…,vn}=V.

Für den Nullvektorraum V={0} definiert man die leere Menge als Basis.

Sie ei→=[0⋮010⋮0]. Dann ist die 1 in der i-ten Zeile
{e1→,…,rn→}={[10⋮⋮0],[010⋮0],…,[0⋮⋮01]} ist eine Basis von Kn. Insbesondere ist das die Standardbasis

Alle Basen eines Vektorraums haben die gleiche Anzahl an Elementen.

#Definition : Dimension

Die Dimension eines Vektorraums ist die Anzahl der Elemente einer Basis von V und wird mit dim⁡(V) bezeichnet.

Hat V eine endliche Basis, so ist dim⁡(V)∈N, und wir nennen V endlichdimensional .

Hat V keine endliche Basis, so schreiben wir dim⁡(V)=∞ und nennen V unendlichdimensinal.

#Satz Sei V ein Vektorraum mit Dimension n∈N,n≥1. Dann gilt:

  1. Sind v1,…,vn∈V linear unabhängig, so ist {v1,…,vn} eine Basis von V .
  2. Ist {v1,…,vn} ein Erzeugendensystem von V , so ist {v1,…,vn} eine Basis von V.

Konstruktion von Basen

  1. Ist {v1,…,vk} ein Erzeugendensystem aber sind die Vektoren nicht linear unabhängig, so entferne so lange geeignete Vektoren, bis eine Basis übrig bleibt.
  2. Sind v1,…,vk linear unabhängig, aber {v1,…,vk} kein Erzeugendensystem, so nimm geeignete Vektoren vk+1∉span{v1,…,vk} hinzu, bis eine Basis von V entsteht (falls dim⁡(V)<∞).

Koordinaten und Koordinatenvektor

#Satz : Koordinatenvektor

Sei V ein K-Vektorraum mit Basis B={v1,…,vn}. Dann lässt sich jeder Vektor v∈V schreiben als

v=∑j=1nλjvj=λ1v1+λ2v2+⋯+λnvn,

wobei die Koeffizienten λ1,…,λn∈K eindeutig bestimmt sind und Koordinaten von v heißen. Der Vektor

v→B=[λ1⋮λn]∈Kn

heißt der Koordinatenvektor von v bzgl. B.

Zusammenfassung

Linear unabhängiges System, aber kein Erzeugendensystem Basis Erzeugendensystem, aber nicht linear unabhängig
Zu wenige Vektoren Passende Anzahl an Vektoren Zu viele Vektoren
Nicht alle Vektoren aus V sind darstellbar als Linearkombination Alle Vektoren aus V sind eindeutig darstellbar als Linearkombination Alle Vektoren aus V sind mehrdeutig darstellbar als Linearkombination