diff --git a/docs/loesungen.pdf b/docs/loesungen.pdf index b2b7a19..e4cd957 100644 Binary files a/docs/loesungen.pdf and b/docs/loesungen.pdf differ diff --git a/docs/loesungen.tex b/docs/loesungen.tex index b59184a..c3c2866 100644 --- a/docs/loesungen.tex +++ b/docs/loesungen.tex @@ -7404,20 +7404,20 @@ Das Hauptziel hier ist, eine Variant anzubieten, gegen die man seine Versuche ve }_{\text{Spaltenraum von $A$}}.\\ \end{mathe} - Insbesondere gilt per des Ranges und \cite[Lemma 5.4.7]{sinn2020} + Insbesondere gilt per des Definition des Rangs, + und da laut \cite[Lemma 5.4.7]{sinn2020} Rang = Spaltenrang, - \begin{mathe}[mc]{rcl} + \begin{mathe}[mc]{rcccl} \eqtag[eq:2:beob:ueb:11:ex:2] \rank(A) - &\textoverset{Lemm}{=} - &\text{Spaltenrang}(A)\\ &\textoverset{Defn}{=} - &\dim(\vectorspacespan\{w_{1},w_{2},\ldots,w_{n}\})\\ + &\dim(\vectorspacespan\{w_{1},w_{2},\ldots,w_{n}\}) &\eqcrefoverset{eq:1:beob:ueb:11:ex:2}{=} &\dim(\range(\phi_{A})).\\ \end{mathe} - Darum gilt die Behauptung. + \nvraum{1} + \end{obs} \begin{enumerate}{\bfseries (a)} @@ -7430,80 +7430,32 @@ Das Hauptziel hier ist, eine Variant anzubieten, gegen die man seine Versuche ve \end{schattierteboxdunn} \begin{proof} - Für diesen Beweis machen wir von den Berechnungen in \cref{obs:2:ueb:11:ex:2} Gebrauch. - Wir inspizieren den linearen Unterraum - - \begin{mathe}[mc]{rcccl} - W &:= &\range(\phi_{A}) &= &\vectorspacespan\{w_{1},w_{2},\ldots,w_{n}\}\subseteq K^{m}\\ - \end{mathe} - - Offensichtlich ist $\cal{W}:=(w_{1},w_{2},\ldots,w_{n})$ ein Erzeugendensystem für $W$, sodass $\dim(W)\leq n$ gilt. - Des Weiteren gelten die Implikationen: - - \begin{mathe}[mc]{rcl} - \eqtag[eq:1:ueb:11:ex:2:a] - \dim(W)\geq n - &\Longrightarrow - &\dim(W)=n\quad\text{(da $\dim(W)\leq n$ sowieso)}\\ - &\Longrightarrow - &(w_{1},w_{2},\ldots,w_{n})\,\text{linear unabhängig}\\ - &&\quad\text{laut \cite[Korollar~5.4.4]{sinn2020}}\\ - &&\quad\text{und da $\cal{W}$ ein Erzsys. aus $n=\dim(W)$ Vektoren}\\ - &\Longrightarrow - &(w_{1},w_{2},\ldots,w_{n})\,\text{eine Basis für $W$}\\ - &&\quad\text{da $\cal{W}$ sowieso ein Erzeugendensystem für $W$ ist}\\ - &\Longrightarrow - &\dim(W)=n\\ - &\Longrightarrow - &\dim(W)\geq n\quad\text{(offensichtlich)}.\\ - \end{mathe} - - Da nun - $\rank(A)\eqcrefoverset{eq:2:beob:ueb:11:ex:2}{=}\dim(\range(\phi_{A}))=\dim(W)$, - erhalten wir + Für diesen Beweis machen wir von der Dimensionsformel für lineare Abbildungen + (siehe \cite[6.1.10 Korollar]{sinn2020}) + Gebrauch. + Es gilt \begin{longmathe}[mc]{RCL} - \rank(A)\geq n + \phi_{A}\,\text{injektiv} &\Longleftrightarrow - &\dim(W)\geq n\\ - &\eqcrefoverset{eq:1:ueb:11:ex:2:a}{\Longleftrightarrow} - &(w_{1},w_{2},\ldots,w_{n})\,\text{linear unabhängig}\\ - &\textoverset{Defn}{\Longleftrightarrow} - &\forall{c_{1},c_{2},\ldots,c_{n}\in K:~} - \big( - \sum_{i=1}^{n}c_{i}w_{i}=\zerovector - \Rightarrow - c_{1},c_{2},\ldots,c_{n}=0_{K} - \big)\\ - &\Longleftrightarrow - &\forall{x\in K^{n}:~} - \big( - \underbrace{ - \sum_{i=1}^{n}x_{i}w_{i} - }_{ - =Ax=\phi_{A}(x) - } - =\zerovector - \Rightarrow - x=\zerovector - \big)\\ - &\Longleftrightarrow - &\forall{x\in K^{n}:~} - \big( - x\in\ker(\phi_{A})\Rightarrow x\in\{\zerovector\} - \big)\\ - &\Longleftrightarrow - &\ker(\phi_{A})\subseteq\{\zerovector\}\\ + &\ker(\phi_{A})=\{0\} + \quad\text{(siehe \cite[Lemma~6.1.4(1)]{sinn2020})}\\ &\textoverset{($\ast$)}{\Longleftrightarrow} - &\ker(\phi_{A})=\{\zerovector\}\\ + &\dim(\ker(\phi_{A}))=0\\ + &\textoverset{Dimensionsformel}{\Longleftrightarrow} + &\dim(K^{n})-\dim(\rank(\phi_{A}))=0\\ &\Longleftrightarrow - &\phi_{A}\,\text{injektiv} - \quad\text{(siehe \cite[Lemma~6.1.4(1)]{sinn2020})}.\\ + &\dim(\rank(\phi_{A}))=n\\ + &\eqcrefoverset{eq:2:beob:ueb:11:ex:2}{\Longleftrightarrow} + &\rank(A)=n\\ + &\Longleftrightarrow + &\rank(A)\geq n.\\ \end{longmathe} - Hierbei gilt ($\ast$), - weil $\{\zerovector\}\subseteq\ker(\phi_{A})$ immer gilt, - weil wiederum $\phi_{A}(\zerovector)=\zerovector$ stets gilt (siehe \cite[Lemma~6.1.2]{sinn2020}). + Hierbei gilt ($\ast$), da $\ker(\phi_{A})$ ein linearer Unterraum von $K^{n}$ ist, + und da $\dim(U)=0\Leftrightarrow U=\{0\}$ für alle linearen Unterräume, $U\subseteq K^{n}$. + Und die letzte doppelte Implikation gilt, + weil laut \Cref{obs:1:ueb:11:ex:2} $\rank(A)\leq n$ stets gilt. Den o.\,s. doppelten Implikationen zufolge gilt die Behauptung. \end{proof} @@ -7561,7 +7513,7 @@ Das Hauptziel hier ist, eine Variant anzubieten, gegen die man seine Versuche ve Das heißt, $\phi_{A}$ ist injektiv und surjektiv. Aus den anderen Teilaufgaben folgt $\rank(A)\geq\max\{m,n\}$. - Darum gilt $\max\{m,n\}\rank(A)\leq\min\{m,n\}$ + Darum gilt $\max\{m,n\}\leq\rank(A)\leq\min\{m,n\}$ (siehe \Cref{obs:1:ueb:11:ex:2}). Folglich gelten $m=n$ und $\rank(A)=m=n$.