2
0
Fork 0
mirror of https://github.com/MartinThoma/LaTeX-examples.git synced 2025-04-26 06:48:04 +02:00

added many definitions for linear algebra

This commit is contained in:
Martin Thoma 2012-08-22 11:50:05 +02:00
parent 170a0cffec
commit 7c036bb407
4 changed files with 176 additions and 12 deletions

View file

@ -1,4 +1,4 @@
\documentclass[a4paper,9pt]{scrartcl}
\documentclass[a4paper,10pt]{scrartcl}
\usepackage{amssymb, amsmath} % needed for math
\usepackage{} % needed for math
\usepackage[utf8]{inputenc} % this is needed for umlauts
@ -69,11 +69,24 @@
\noindent\ignorespaces}
{\end{contlabelframe}}
\makeatother
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Custom satz style
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\makeatletter
\newcounter{satz}
\newenvironment{satz}[1]{%
\par
\refstepcounter{satz}%
\begin{contlabelframe}{Satz \thedefinition:\quad #1}
\noindent\ignorespaces}
{\end{contlabelframe}}
\makeatother
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Begin document %
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\begin{document}
\section{Lineare Algebra I}
\begin{definition}{injektiv, surjektiv und bijektiv}
Sei $f: A \rightarrow B$ eine Abbildung.
\begin{enumerate}[(a)]
@ -192,4 +205,153 @@ heißen \textbf{linear unabhängig}, wenn gilt:
\[ \displaystyle \sum_{i=1}^{k} \lambda_i v_i = 0 \Rightarrow \lambda_1 = \lambda_2 = \dots = \lambda_k = 0 \]
\end{definition}
\clearpage
\section{Lineare Algebra II}
\begin{definition}{Bilinearform}
Sei V ein reeler Vektorraum. Eine \textbf{Bilinearform} auf V ist eine
Abbildung
\[ F: V \times V \rightarrow V, ~~~ (a,b) \mapsto F(a,b), \]
die in jedem Argument linear ist, d.h. für alle $a, a_1, a_2, b, b_1, b2 \in V$
und alle $\lambda_1, \lambda_2, \mu_1, \mu_2 \in \mathbb{R}$ gilt:
\begin{align*}
F(\lambda_1 \cdot a_1 + \lambda_2 \cdot a_2, b) &= \lambda_1 \cdot F(a_1, b) + \lambda_2 \cdot F(a_2, b)\\
F(a, \mu_1 \cdot b_1 + \mu_2 \cdot b_2) &= \mu_1 \cdot F(a, b_1) + \mu_2 \cdot F(a, b_2)
\end{align*}
\end{definition}
\begin{definition}{symmetrische Bilinearform}
Sei F eine Bilinearform.\\
F heißt \textbf{symmetrisch} $:\Leftrightarrow F(a,b) = F(b,a)$.
\end{definition}
\begin{definition}{positiv definite Bilinearform}
Sei F eine Bilinearform.\\
F heißt \textbf{positiv definit} $:\Leftrightarrow \forall a \in V: F(a,a) \geq 0 \land ( F(a,a) = 0 \Leftrightarrow a = 0)$.
\end{definition}
\begin{definition}{Skalarprodukt}
Für reele Vektorräume gilt:\\
Eine symmetrische, positiv definite Bilinearform heißt \textbf{Skalarprodukt}.
\end{definition}
\begin{definition}{euklidischer Vektorraum}
Sei V ein reeler Vektorraum und F ein Skalarprodukt auf V. Dann
heißt (V, F) ein \textbf{euklidischer Vektorraum}.
\end{definition}
\begin{definition}{Hermitesche Form}
Sei V ein komplexer Vektorraum. Eine Abbildung
\[ F:V \times V \rightarrow \mathbb{C}, ~~~ (a,b) \mapsto F(a,b) \]
heißt \textbf{hermitesche Form} auf V, falls für alle $a, a_1, a_2, b$
und alle $\lambda_1, \lambda_2 \in \mathbb{C}$ gilt:
\begin{align*}
F(\lambda_1 \cdot a_1 + \lambda_2 \cdot a_2, b) &= \lambda_1 \cdot F(a_1, b) + \lambda_2 \cdot F(a_2, b)\\
F(b, a) &= \overline{F(a, b)}
\end{align*}
\end{definition}
\begin{definition}{Skalarprodukt}
Für komplexe Vektorräume gilt:\\
Eine symmetrische, positiv definite Hermitesche Form heißt \textbf{Skalarprodukt}.
\end{definition}
\begin{definition}{unitärer Vektorraum}
Sei V ein komplexer Vektorraum und F ein Skalarprodukt auf V. Dann
heißt (V, F) ein \textbf{unitärer Vektorraum}.
\end{definition}
\begin{definition}{hermitesche Matrix}
Sei $A \in \mathbb{C}^{n \times n}$ eine Matrix.\\
$A$ heiß hermitesch $: \Leftrightarrow \overline{A}^T = A$
\end{definition}
\begin{definition}{positiv definite Matrix}
Sei A eine symmetrische (bzw. hermitesche) Matrix. \\
A heißt \textbf{positiv definit} $: \Leftrightarrow x^T G x > 0 $
für alle $x \in \mathbb{R}^n, x \neq 0$ bzw. $z^T G \overline z > 0$ für
alle $x \in \mathbb{C}^n, z \neq 0 $.
\end{definition}
\begin{satz}{Cauchy-Schwarz Ungleichung}
In einem euklidischen oder unitären Vektorraum $V, \langle, \rangle$ gilt für alle $a, b \in V$
\[ |\langle a, b \rangle |^2 \leq \langle a, a \rangle \langle b, b \rangle \]
Gleichheit gilt genau dann, wenn a und b linear abhängig sind.
\end{satz}
\begin{definition}{Norm}
Sei V ein reeler oder komplexer Vektorraum. Eine \textbf{Norm} auf V
ist eine Funktion
\[ \| \| : V\to{\mathbb R}, ~~~ x \mapsto \| x \| \]
mit folgenden Eigenschaften:\\
Für alle $\lambda \in \mathbb{R}$ (oder $\mathbb{C}$) und alle $a, b \in V $ gilt:\\
\begin{enumerate}[(i)]
\item $\| \lambda a\| = | \lambda | \cdot \|a \|$ (homogen)
\item $\| a+b \| \leq \| a \| + \| b \|$ (Dreiecks-Ungleichung)
\item $\| a \| \geq 0 \land \| a \| = 0 \Leftrightarrow a = 0$ (positiv definit)
\end{enumerate}
\end{definition}
\begin{satz}{induzierte Norm}
Es sei $V, \langle, \rangle$ ein euklidischer oder unitärer Vektorraum.
Dann ist die Funktion
\[ \| \| : V \rightarrow \mathbb{R} \text{ definiert durch } \|a\| := \sqrt{\langle a, a \rangle}\]
eine Norm.
\end{satz}
\begin{satz}{Parallelogramm-Identität}
\begin{enumerate}[(a)]
\item Sei $(V, \langle, \rangle)$ ein euklidischer oder unitärer
Vektorraum mit zugehöriger Norm $\|\|$. Dann gilt die
\textbf{Parallelogramm-Identität}, d.h. für alle $a, b \in V$ ist
\[ \| a+ b \|^2 + \| a - b \|^2 = 2 \| a \|^2 + 2 \| b \|^2 \]
\item Ist umgekehrt $\|\|$ eine Norm auf einem reelen Vektorraum V,
die die Parallelogramm-Identität erfüllt, so existiert ein
Skalarprodukt $\langle, \rangle$ auf V mit $\|a\| = \sqrt{\langle a, a \rangle}$
für alle $a \in V$.
\end{enumerate}
\end{satz}
\begin{definition}{Metrik}
Für eine beliebige Menge M heißt eine Funktion $d:M \times M \rightarrow \mathbb{R}$
eine \textbf{Metrik}, wenn d die folgenden Eigenschaften erfüllt:
\begin{enumerate}[(i)]
\item $\forall p, q \in M: d(p, q) = d(q, p)$ (symmetrie)
\item $\forall p, q, r \in M: d(p, r) \leq d(p, q) + d(q,r)$ (Dreiecks-Ungleichung)
\item $\forall p, q \in M: d(p, q) \geq 0$ und
$d(p,q) = 0 \Leftrightarrow p = q$ (positiv definit)
\end{enumerate}
Das Paar $(M, d)$ heißt dann \textbf{metrischer Raum}.
\end{definition}
\begin{definition}{diskrete Metrik}
Sei M eine Menge. Dann ist die diskrete Metrik definiert durch:
\[ d(p,q) =
\left\{
\begin{array}{ll}
0 & \mbox{falls } p = q \\
1 & \mbox{falls } p \neq q
\end{array}
\right.\]
\end{definition}
\begin{satz}{Norm induziert Metrik}
Ein normierter Vektorraum ist ein metrischer Vektorraum.
\end{satz}
\begin{definition}{Cosinus}
\[ \cos \omega(a,b) = \frac{\langle a, b \rangle}{\|a\| \cdot \|b \|} \]
\end{definition}
\begin{definition}{orthogonalität von Vektoren}
Sei V ein euklidischer oder unitärer Vektorraum und $a, b \in V$.\\
\[ a \perp b :\Leftrightarrow \langle a, b \rangle = 0 \]
\end{definition}
\begin{definition}{Pythagoras}
Sei V ein euklidischer oder unitärer Vektorraum. Dann gilt in V:
\[ a \perp b \Rightarrow \|a\| + \|b\| = \|a+b\|^2\]
\end{definition}
\end{document}