Vektorräume
Ein
Vektorraum V über einen Körper
K ist eine
nichtleere Menge zusammen mit zwei Operationen
- +: V×V→V (Addition)
- ⋅: K×V→V (skalare Multiplikation)
Für diese Operationen sollen die folgenden Axiome gelten:
A2: Für beliebige
α,
β∈K und
v,w∈V gilt:
- a) (α+β)⋅v=α⋅v+β⋅v
- b) α⋅(v+w)=α⋅v+α⋅w
- c) (αβ)v=α(βv)
- d) 1v=v (1 ist das Einselement aus K)
Die Elemente von
V werden als
Vektoren bezeichnet; das
neutrale Element der additiven
Gruppe heißt
Nullvektor.
Den
Punkt ⋅ lässt man größtenteils weg. Auch ergibt sich in der Regel aus dem Zusammenhang, welche
Addition oder
Multiplikation (im
Vektorraum V oder im Körper
K) gemeint ist.
In der obigen Definition wurde nicht benutzt, dass
K ein Körper ist, es reicht im Allgemeinen auch ein
kommutativer Ring mit Einselement. Man sollte dann aber "vorsichtig" mit der skalaren
Multiplikation sein und berücksichtigen, dass man nicht notwendigerweise dividieren darf.
Für das inverse Element der Vektoraddition schreiben wir
−v.
Satz 15X3 (Rechenregeln in Vektorräumen)
In einem
Vektorraum V über einem Körper
K gilt:
- 0v=0 ∀v∈V
- α0=0 ∀α∈K
- (−1)v=−v
- ∀v∈V und ∀α∈K gilt: Aus αv=0 folgt α=0 oder v=0.
Beweis
(i)
0v=(0+0)v=0v+0v. Addiert man beide Seiten mit
−0v, ergibt sich die Behauptung.
(ii)
α0=α(0+0)=α0+α0. Und nach
Addition von
−α0 erhalten wir die Behauptung.
(iii) Nach (i) ist
0=0v=(+1−1)v=(−1)v+1v=(−1)v+v, woraus die Behauptung folgt.
(iv) indirekt: Sei
αv=0 und
α=/0 und
v=/0. Dann existiert
α1 und es ist
0=α1αv =1⋅v=v im Widerspruch zu
v=/0.
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Das entscheidende Kriterium ist Schönheit; für häßliche Mathematik ist auf dieser Welt kein beständiger Platz.
Godfrey Harold Hardy
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