3.2 Linearkombination, Basis, Dimension
Linearkombination
Zusammenfassung
Eine Linearkombination ist eine Summe von Vektoren, wobei jeder Vektor mit einer Skalar multipliziert wird.
Damit kann man ausdrücken, wie ein Vektor aus anderen Vektoren zusammengesetzt ist.
Sei
eine Linearkombination der Vektoren
Beispiele
Linearkombination
Im Standardvektorraum
Zum Beispiel mit:
Lineare Hülle
Zusammenfassung
Die lineare Hülle einer Menge von Vektoren ist die Menge aller Vektoren, die sich als Linearkombination dieser Vektoren schreiben lassen.
Sie gibt also an, welche Vektoren durch die gegebenen Vektoren erzeugt werden können.
Sei
Dann heißt
Falls
Außerdem gilt stets:
Eigenschaft
Für beliebige Teilmengen
Lineare Abhängigkeit
Zusammenfassung
Eine Menge von Vektoren ist linear abhängig, wenn mindestens einer von ihnen als Linearkombination der anderen dargestellt werden kann.
Das bedeutet, dass es eine nichttriviale Kombination dieser Vektoren gibt, die den Nullvektor ergibt.
Ist dies nicht der Fall, nennt man die Vektoren linear unabhängig.
Sei
Die Menge
heißt linear abhängig, wenn es eine nichttriviale Linearkombination des Nullvektors gibt, d. h., wenn es - eine natürliche Zahl
, - Vektoren
- und Koeffizienten
gibt, - wobei nicht alle
null sind,
sodass
- eine natürliche Zahl
Falls
nicht linear abhängig ist, nennt man es linear unabhängig.
Beispiele
- Teilmenge von
, gegeben durch ist linear abhängig, denn
- Hingegen die Menge
in ist linear unabhängig, denn
Basis eines Vektorraums
Zusammenfassung
Eine Basis eines Vektorraums ist eine Menge von Vektoren, die den ganzen Raum durch Linearkombinationen aufspannen und dabei linear unabhängig sind.
Das bedeutet, dass jeder Vektor des Raums eindeutig durch die Basisvektoren dargestellt werden kann.
Sei
- Lineare Unabhängigkeit: Die Elemente von
sind linear unabhängig. - Erzeugendensystem: Die lineare Hülle von
ist ganz , also:
Beispiel
Die Menge
sie linear unabhängig ist,
jeder Vektor
als Linearkombination geschrieben werden kann:
Diese Basis wird als Standardbasis von
Unendlichdimensionale Vektorräume
Ein Vektorraum
Beispiel: Der Raum der Polynome
Basisergänzungssatz
- Jeder Vektorraum besitzt eine Basis.
- Sei
eine linear unabhängige Menge, dann gibt es eine Basis von mit .