Eine Summe i=1∑nUi von UntervektorräumenU1,…,Un⊂V heisst direkt, wenn jedes Element x∈i=1∑nUi eine eindeutige Darstellung x=x1+…xn mit ∀i=1nxi∈Ui besitzt. Schreibweise für die direkte Summe: ⨁Ui beziehungsweise U1⊕⋯⊕Un. Gilt V=U1⊕U2, so heisst U2 das (Vektorraum)-Komplement von U1 (und umgekehrt).
Satz 816K (Kriterium für direkte Summe)
i=1∑nUi ist direkte Summe⟺∀j=1nUj∩(i=/j)i=1∑nUi={0}. Spezialfall (n=2): U1+U2 ist direkte Summe⟺U1∩U2={0} vgl. Satz 15X2.
Beweis
⇒: Ein Element x∈Uj∩i=/j∑Ui besitzt wegen x=x1+⋯+xj−1+xj+1+⋯+xn mit xi∈Ui (i=1,…,n,i=/j) die beiden Darstellungen
x=U10+⋯+Ujx(j)+⋯+Un0= und
x=U1x1+⋯+Uj0+⋯+xn∈i=1∑nUi
die nach Voraussetzung übereinstimmen müssen. Also ist x=0. ⇐: Seien x=x1+⋯+xn=y1+⋯+yn zwei Darstellungen mit jeweils xi,yi∈Ui (i=1,…,n). Für jedes j∈{1,…,n} folgt dann wegen 0=(x1−y1)+(x2−y2)+⋯+(xn−yn)=∈Uji=/j∑(xj−yj) also nach Voraussetzung: xi=yi. Die Darstellungen von x und y stimmen überein. □
Strukturen sind die Waffen der Mathematiker.
N. Bourbaki
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