Lineare Abbildungen
Lineare Abbildungen
Seien
- Additivität:
, - Homogenität:
.
Die Menge aller linearen Abbildungen vonnach wird mit oder bezeichnet.
Lineare Abbildungen erhalten die Struktur eines Vektorraums (Addition und Skalarmultiplikation). Eine andere Bezeichnung für eine lineare Abbildung ist Homomorphismus
Eigenschaften linearer Abbildungen
Sei
Additivität:
Homogenität:
Dies zeigt, dass wir jede Matrix als lineare Abbildung ansehen können. Insbesondere gilt alles, was wir für lineare Abbdilungen lernen, auch für Matrizen
Ist
d.h.
Seien
Dann sind
Ist
, so enthält insbesondere die Identität .
Seien
- Ist
linear, so gilt . - Sind
und linear, so ist auch die Komposition linear. - Ist
linear und bijektiv, so ist auch die Umkehrabbildung linear.
Rechenregeln für lineare Abbildungen
Für lineare Abbildungen
, , , , .
Kern und Bild
- Der Kern von
ist das Urbild von : $$\text{Kern}(f)={ v \in V | f(v) = 0 } = f^{-1} ({ 0 })$$. - Das Bild von
ist die Menge $$ \text{Bild}(f) = f(V) = { f(v)|v \in V }.$$
!AnaI LinA Ing Skript, p.118
Sei
ist ein Teilraum von ist ein Teilraum von f
Erinnerung:
Gegeben:
Gesucht: Basis von
- Schritt: Bringe die Matrix
in normierte Zeilenstufenform. - Schritt: Sei
. Dann gibt es frei wählbare Variablen. Berechne die Lösung von und setze die 1. frei wählbare Variable gleich 1, alle anderen frei wählbaren Variablen werden 0 gesetzt. Dies liefert den 1. Basisvektor. - Schritt: Wiederhole den 2. Schritt für die anderen frei wählbaren Variablen.
Das ergibt eine Basis von
Insbesondere ist
Die Spalten von
also die Linearkombination von den Spalten von
Gesucht: Basis von
4. Schritt: Bringe die Matrix
5. Schritt: Die Spaltenvektoren von
Insbesondere ist
Dimensionsformel
Sei
Interpretation
!AnaI LinA Ing Skript, p.120
Die Skizze veranschaulicht die Dimensionsformel $$ \dim(V) = \dim(\text{Kern}(f)) + \dim(\text{Bild}(f))$$
Sei
ist injektiv . ist surjektiv . Dabei gilt die letzte Äquivalenz nur falls . - Wenn
, so gilt: ist bijektiv ist injektiv ist surjektiv.