Erzeugendensysteme von Vektorräumen

Eine Teilmenge MVM\subseteq V eines Vektorraums VV über den Körper KK ist ein Erzeugendensystem von VV, wenn die lineare Hülle von MM den gesamten Vektorraum VV ergibt, also L(M)=span(M)=V\LinHull(M)=\span(M)=V. VV heißt endlich erzeugt, wenn MM eine endliche Menge ist.
Ist also MM ein Erzeugendensystem von VV, dann gibt es zu jedem vVv\in V ein nNn\in\domN sowie Elemente v1,,vnMv_1, \ldots, v_n \in M und α1,,αnK\alpha_1,\ldots, \alpha_n\in K, sodass v=α1v1++αnvnv=\alpha_1v_1+\ldots+\alpha_nv_n.

Beispiele

Es gilt R2={α(1,0)+β(0,1)α,βR}\domRZwei=\{\alpha(1,0)+\beta(0,1)\, |\, \alpha,\beta\in\domR\}. Der R2\domRZwei wird also von den Vektoren (1,0)(1,0) und (0,1)(0,1) erzeugt.

Minimale Erzeugendensysteme

Ein Erzeugendensystem heißt minimal, wenn wir keine Vektoren aus ihm weglassen können, also
MM ist minimales Erzeugendensystem       L(M)=VvM:L(M{v})V\iff\; \LinHull(M)=V \and \forall v\in M\, :\, \LinHull(M\setminus\{v\})\neq V

Satz 5329B (Minimale Erzeugendensysteme und lineare Unabhängigkeit)

Ein Erzeugendensystem MM des Vektorraums VV ist genau dann minimal, wenn MM linear unabhängig ist.

Beweis

"\Rightarrow:" Sei MM ein minimales Erzeugendensystem und linear abhängig. Dann gibt es v1,,vnMv_1,\ldots,v_n\in M und α1,,αnK\alpha_1,\ldots,\alpha_n\in K mit α1v1++αnvn=0\alpha_1v_1+\ldots+\alpha_nv_n =0 und αi0\alpha_i\neq 0 für wenigstens ein ii. Dann ist aber vi=α1αiv1αi1αivi1αi+1αivi+1αnαivnv_i=\uminus \dfrac {\alpha_1}{\alpha_i}\, v_1-\ldots-\dfrac {\alpha_{i-1}}{\alpha_i}\, v_{i-1}-\dfrac {\alpha_{i+1}}{\alpha_i}\, v_{i+1}-\ldots-\dfrac {\alpha_n}{\alpha_i}\, v_n, mithin lässt sich viv_i als Linearkombination von anderen Elementen aus MM darstellen, im Widerspruch zur Annahme, dass MM ein minimales Erzeugendensystem ist.
"\Leftarrow:" MM sei nun ein Erzeugendensystem mit linear unabhängigen Vektoren. Wir nehmen an, dass MM nicht minimal ist, dann gibt es ein vMv\in M mit v=α1v1++αnvnv=\alpha_1v_1+\ldots+\alpha_nv_n also α1v1++αnvn+(1)v=0\alpha_1v_1+\ldots+\alpha_nv_n+(-1)v=0 im Widerspruch zur linearen Unabhängigkeit der Elemente aus MM. \qed
 
 

Alles, was lediglich wahrscheinlich ist, ist wahrscheinlich falsch.

Rene Descartes

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