Vektorraum, Untervektorraum und Spannraum

Notizen - Lineare ALgebra
Vorlesung von Prof.Dr.Ulrike Baumann

Def. Vektorraum (VR)

Sei KK ein Körper
Ein K-Vektorraum (V;+,(kkK))(V; +, (k|k\in K)) besteht aus

  • einer nichtleere Menge VV
  • einer Addition +:V+VV+: V+V \to V
  • einer Skalarmutiplikation (kkK):k×VV(k|k\in K): k\times V \to V

mit dem Eigenschaften V1 bis V10

(Vektorraum-Axiome)

(V1) Für je zwei Elemente v1,v2Vv_1, v_2 \in V ist v1+v2v_1 + v_2 ein eindeutig bestimmtes Element von vv

(V2) Es gilt v1+(v2+v3)=(v1+v2+v3)v_1 + (v_2 + v_3)=(v_1+v_2+ v_3) für alle v1,v2,v3Vv_1, v_2, v_3 \in V (assoziativ)

(V3) Es gilt v1+v2=v2+v1v_1+v_2=v_2+v_1 für alle v1,v2Vv_1,v_2 \in V (kommutativ)

(V4) Es gibt ein Element 0V0 \in V (Nullvektor) mit 0+v=v+0=v0+v = v+0=v für alle vVv\in V

(V5) Es gibt zu jedem vVv \in V ein Element vV-v\in V mit v+(v)=(v)+v=0v+(-v)=(-v)+v=0

(V6) Für jedes kKk \in K und jedes vVv \in V ist kvkv ein eindeutig bestimmtes Element von VV

(V7) Es gilt 1v=v1v=v für alle vVv \in V

(V8) Es gilt (k1k2)v=k1(k2v)(k_1k_2)v = k_1(k_2v) für alle k1,k2KundvVk_1,k_2 \in K und v \in V

(V9) Es gilt (k1+k2)v=k1v+k2v(k_1+k_2)v = k_1v + k_2v für alle k1,k2KundvVk_1,k_2 \in K und v \in V

(V10) Es gilt k(v1+v2)=kv1+kv2k(v1+v2) = kv_1+kv_2 für alle kKk \in K und v1,v2Vv_1, v_2 \in V

Rechenregeln Für VR
(R1) kv=0v    k=0Kkv=0_v \iff k=0_K oder v=0vv=0_v
(R2) (k)v=kv(-k)v = -kv für alle kK,vVk\in K, v\in V , insbesondere gilt (1)v=v(-1)v = -v

Def. Untervektorraum (UVR)
Sei VV ein KK -VR und UVU\in V . UU heißt Untervektorraum (UVR) von V wenn gilt:
(1) 0U0\in U
(2) a,bU    a+bUa,b \in U \implies a+b \in U für alle a,bUa,b \in U (UU ist abgeschlossen bzgl. ++ )
(3) aU,kK    kaUa \in U, k\in K \implies ka \in U für alle aU,kKa \in U, k\in K (UU ist abgeschlossen bzgl. Skalarmutiplikation)

Satz. seien U1,U2U_1, U_2 UVR von VV , dann ist auch U1U2U_1 \bigcap U_2 UVP von VV

Def. Spannraum

Sei VV ein VR und TVT\in V , den kleinsten UVR UU von VV mit TUT\in U nennt man den Spannraum span(T)span(T) von TT , Scireibweise span(T)=Tspan(T)=\langle T \rangle

Trivial:

span(V)=V=Vspan(V)=\langle V \rangle =V
span(Ø)=Ø={0V}span(\text{\O}) = \langle \text{\O} \rangle = \lbrace 0_V \rbrace

Bsp.
 span({(2,4),(1,2),(2,4)})\space span(\lbrace(-2,-4),(1,2),(2,4)\rbrace)
={(2,4),(1,2),(2,4)}=\langle \lbrace(-2,-4),(1,2),(2,4)\rbrace \rangle
={(t,2t)tR}=\lbrace(t,2t)| t\in \Reals \rbrace





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