Lineare Abbildungen, Vektorraumisomorphismus 2012 13

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Definition

Definition


(lineare Abbildung)
Es seien (V1,⊕,ℝ,⋅) und (V2,⊗,ℝ,⊙) zwei Vektorräume über der Körper der reellen Zahlen.
Eine Abbildung φ:V1→V2 heißt lineare Abbildung wenn gilt:
∀u→,v→∈V1∧∀a∈ℝ:
(H) φ ist homogen: φ(a⋅u→)=a⊙φ(u→)
(A) φ ist additiv: φ(u→⊕v→)=φ(u→)⊗φ(v→)

Beispiele

senkrechte Parallelprojektion auf die x-y-Ebene

φ:ℝ3→ℝ2
∀(xyz):φ((xyz))=(xy)
Man beweise: φ ist lineare Abbildung

Drehung

Drehungen um den Ursprung des Koordinatensystems

Drehung der kanonischen Basisvektoren
i→=(10)→φ(i→)=(cosαsinα)

j→=(01)→φ(j→)=(−sinαcosα)



Drehung anderer Vektoren:
x→→φ(x→)

x→=λi→+μj→→φ(x→)=φ(λi→)+φ(μj→)=λ⋅(cosαsinα)+μ⋅(−sinαcosα)

Bsp.: OP→=(20,5) wird an O um α gedreht.
OP→=λi→+μj→→φ(OP′→)=φ(λi→)+φ(μj→)=λ⋅(cosαsinα)+μ⋅(−sinαcosα)→2⋅(cosαsinα)+0,5⋅(−sinαcosα)

OP′→=(cosα−sinαsinαcosα)⋅(20,5)=(2cosα−0,5sinα2sinα+0,5cosα)

Drehungsmatrix:
(cosα−sinαsinαcosα)⋅(xy)=(x⋅cosα−y⋅sinαx⋅sinα+y⋅cosα)

Drehung um den Ursprung des Koordinatensystems als lineare Abbildung:

Behauptung: φ ist eine lineare Abbildung.

Zu zeigen:
(H) φ ist homogen
(A) φ ist additiv

Beweis zur Homogenität:
φ(λ⋅x→)=φ(λ⋅x1λ⋅x2)=(λ⋅x1⋅cosα−(λ⋅x2)⋅sinαλ⋅x1⋅sinα+λ⋅x2⋅cosα)=(λ⋅(x1⋅cosα−x2⋅sinα)λ⋅(x1⋅sinα+x2⋅cosα))=λ⋅(x1⋅cosα−x2⋅sinαx1⋅sinα+x2⋅cosα)=λ⋅φ(x→)

Beweis zur Additivität:
φ(x→+y→)=φ(x1+y1x2+y2)=((x1+y1)⋅cosα−(x2+y2)⋅sinα(x1+y1)⋅sinα+(x2+y2)⋅cosα)=(x1⋅cosα+y1⋅cosα−x2⋅sinα−y2⋅sinαx1⋅sinα+y1⋅sinα+x2⋅cosαy2⋅cosα)=(x1⋅cosα−x2⋅sinα+y1⋅cosα−y2⋅sinαx1⋅sinα+x2⋅cosα+y1⋅sinα+y2⋅cosα)=(x1⋅cosα−x2⋅sinαx1⋅sinα+x2⋅cosα)+(y1⋅cosα−y2⋅sinαy1⋅sinα+y2⋅cosα)=φ(x→)+φ(y→)

Geradenspiegelung

Spiegelung an der x-Achse:

i→=(10)→φ(i→)=(10)

j→=(01)→φ(j→)=(0−1)

Matrix für die Spiegelung an der x-Achse:

(1 00 −1)

Spiegelung eine Punktes P an der x-Achse:
OP→=(xy)

φ(OP→)=(1 00 −1)⋅(xy)

Spiegelung an der x-Achse als lineare Abbildung:
Behauptung: φ ist eine lineare Abbildung.

Zu zeigen:
(H) φ ist homogen
(A) φ ist additiv

Beweis zur Homogenität:
Beweis zur Addidtivität:

--Jessy* 09:15, 16. Jan. 2013 (CET)

Spiegelung an der y-Achse:

i→=(10)→φ(i→)=(−10)

j→=(01)→φ(j→)=(01)

Matrix für die Spiegelung an der y-Achse:

(−1 00 1)

Spiegelung eine Punktes P an der y-Achse:
OP→=(xy)

φ(OP→)=(−1 00 1)⋅(xy)

Spiegelung an der y-Achse als lineare Abbildung:
Behauptung: φ ist eine lineare Abbildung.

Zu zeigen:
(H) φ ist homogen
(A) φ ist additiv

Beweis zur Homogenität:
Beweis zur Addidtivität:

--Jessy* 09:15, 16. Jan. 2013 (CET)

Spiegelung an der 1. Winkelhalbierenden:

i→=(10)→φ(i→)=(01)

j→=(01)→φ(j→)=(10)

Matrix für die Spiegelung an der 1. Winkelhalbbierenden:

(0 11 0)

Spiegelung eine Punktes P an der 1. Winkelhalbbierenden:
OP→=(xy)

φ(OP→)=(0 11 0)⋅(xy)

Spiegelung an der 1. Winkelhalbierenden als lineare Abbildung:
Behauptung: φ ist eine lineare Abbildung.

Zu zeigen:
(H) φ ist homogen
(A) φ ist additiv

Beweis zur Homogenität:
Beweis zur Addidtivität:

--Jessy* 09:16, 16. Jan. 2013 (CET)

Zentrische Streckung

Isomorphe Vektorräume

Definition


Zwei Vektorräume sind isomorph zu einander, wenn sie durch eine bijektive lineare Abbildung aufeinander abgebildet werden können.