Summe von Teilräumen
Seien
Ui (für
i∈I und
I beliebige
Indexmenge)
Teilräume eines
Vektorraums V über dem Körper
K. Dann heißt der von der
Vereinigung U=i∈I⋃Ui erzeugte
Teilraum von
V die
Summe der
Ui. Wir schreiben dafür:
span(U)=i∈I∑Ui
i∈I∑Ui={k=1∑nuk∣∃i∈I:uk∈Ui}.
Insbesondere ergibt sich für zwei
Teilräume U1 und
U2:
U1+U2={u1+u2∣u1∈U1∧u2∈U2}
Beispiel
Satz 15X2
Seien
U1 und
U2 Teilräume des
K-Vektorraums V und
U=U1+U2. Dann sind für alle
u1∈U1, u2∈U2 und
u∈U die folgenden Aussagen paarweise äquivalent:
- Wenn u1+u2=0, dann ist u1=u2=0.
- Die Darstellung u=u1+u2 ist eindeutig.
- U1∩U2={0}
Beweis
(i)
⟹ (ii): Es seien mit
u=u1+u2=u1′+u2′ für
u1,u1′∈U1 und
u2,u2′∈U2 zwei Darstellungen von
u gegeben. Dann gilt:
u1+u2=u1′+u2′⟹u1−u1′+u2−u2′=0. Nun ist
u1−u1′∈U1 und
u2−u2′∈U2 wegen der Vektorraumraumeigenschaften von
U1 und
U2. Damit sind die Voraussetzungen von (i) erfüllt und es gilt:
u1−u1′=0 sowie
u2−u2′, also:
u1=u1′ und
u2=u2′. Beide Darstellungen sind also gleich, womit gezeigt ist, dass die Darstellung immer eindeutig ist.
(ii)
⟹ (iii): Sei
u∈U1∩U2. Wir müssen zeigen, dass
u=0 gilt. Wir finden für
u zwei Darstellungen:
u=u+0=0+u. Nun ist aber nach (ii) die Darstellung von
u eindeutig. Damit muss
u=0 gelten.
(iii)
⟹ (i): Sei
u1+u2=0, dann ist zu zeigen, dass
u1=u2=0 gilt.
u1+u2=0 ⟹u1=−u2∈U2, also
u1∈U1∩U2 und nach (iii)
u1=0 und damit auch
u2=0.
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Jede Wissenschaft bedarf der Mathematik, die Mathematik bedarf keiner.
Jakob I. Bernoulli
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