L5.2 Inverse einer Matrix Betrachte im Folgenden lineare Abbildungen der Form: dann ist die Matrix, durch die A dargestellt wird, 'quadratisch', d.h.

Ähnliche Dokumente
Nützliches Hilfsmittel (um Schreiberei zu reduzieren): 'Erweiterte Matrix': Gauß- Verfahren

Nützliches Hilfsmittel (um Schreiberei zu reduzieren): 'Erweiterte Matrix': Gauß- Verfahren

[Nächste Frage: wie wissen wir, ob Spaltenvektoren eine Basis bilden? Siehe L6.1] , enthält eine Basis v. V, nämlich und somit das ganze V.

Eine lineare Abbildung ist bijektiv, d.h. ihre Matrix ist invertierbar, falls und nur falls

Kapitel 6: Matrixrechnung (Kurzeinführung in die Lineare Algebra)

In allen Fällen spielt die 'Determinante' einer Matrix eine zentrale Rolle.

L7 Diagonalisierung einer Matrix: Eigenwerte und Eigenvektoren. Gegeben. Gesucht: Diagonalform: Finde und! Definition: Eigenvektor, Eigenwert

Ausgangsfrage: gegeben Vektorraum, wieviele Komponenten hat. allgemein: ein Vektorraum mit, heisst 'Unterraum' von. ist ein Unterraum von V.

Blatt 06.3: Matrizen

Definitionen. Merkblatt lineare Algebra. affiner Teilraum Menge, die durch Addition eines Vektors v 0 zu allen Vektoren eines Vektorraumes V entsteht

Serie 8: Online-Test

β 1 x :=., und b :=. K n β m

Ausgewählte Lösungen zu den Übungsblättern 4-5

Inverse Matrix. 1-E Ma 1 Lubov Vassilevskaya

(also ) Oft wird Zusammenhang zwischen und mit einem Index angedeutet, z.b. wird der Eigenvektor v. durch gekennzeichnet.

Lineare Algebra und Numerische Mathematik für D-BAUG

Kapitel 3 Lineare Algebra

L5 Matrizen I. Matrix: (Plural: Matrizen)

Lineare Algebra und analytische Geometrie I

Lineare Algebra. 1 Lineare Abbildungen

(Allgemeine) Vektorräume (Teschl/Teschl 9)

Serie 8: Fakultativer Online-Test

Kapitel 16. Invertierbare Matrizen

Grundlegende Definitionen aus HM I

L5 Matrizen I: Allgemeine Theorie

37 Gauß-Algorithmus und lineare Gleichungssysteme

1 Linearkombinationen

05. Lineare Gleichungssysteme

3 Lineare Algebra (Teil 1): Lineare Unabhängigkeit

= { } Absolutes Komplement Universe Relatives Komplement von

Lineare Algebra I 3. Tutorium Inverse Matrizen und Gruppen

Rang einer Matrix. 1-E1 Ma 1 Lubov Vassilevskaya

8 Lineare Abbildungen und Matrizen

Klausur zur Linearen Algebra I HS 2012, Universität Mannheim, Dr. Ralf Kurbel, Dr. Harald Baum

35 Matrixschreibweise für lineare Abbildungen

(Allgemeine) Vektorräume (Teschl/Teschl 9)

2.3 Lineare Abbildungen und Matrizen

und Unterdeterminante

und Unterdeterminante

L2. Vektorräume. Physikalische Größen lassen sich einteilen in: 1) Skalare: vollständig bestimmt durch Angabe einer. Beispiele:

mit "Skalarprodukt" aus i-tem "Zeilenvektor" und j-tem "Spaltenvektor"

Vektorräume und Rang einer Matrix

Lineare Algebra 2013 Lösungen für Test und Zusatzfragen

4 Lineare Abbildungen und Matrizen

9 Lineare Gleichungssysteme

i) ii) iii) iv) i) ii) iii) iv) v) gilt (Cauchy-Schwarz-Ungleichung): Winkel zwischen zwei Vektoren : - Für schreibt man auch.

(also ) Oft wird Zusammenhang zwischen und mit einem Index angedeutet, z.b. wird der Eigenvektor v. durch gekennzeichnet.

L2. Vektorräume. Physikalische Größen lassen sich einteilen in: 1) Skalare: vollständig bestimmt durch Angabe einer. Beispiele:

Geometrische Deutung linearer Abbildungen

Übungsblatt

Grundlagen der Mathematik 1

Mathematik II für Studierende der Informatik. Wirtschaftsinformatik (Analysis und lineare Algebra) im Sommersemester 2016

Lineare Algebra. Wintersemester 2017/2018. Skript zum Ferienkurs Tag Claudia Nagel Pablo Cova Fariña. Technische Universität München

10 Lineare Gleichungssysteme

Kapitel 15 Lineare Gleichungssysteme

Kapitel 14 Lineare Gleichungssysteme

Ferienkurs Mathematik für Physiker I Skript Teil 2 ( )

$Id: linabb.tex,v /01/09 13:27:34 hk Exp hk $

Lineare Gleichungssysteme

1.) Matrix einer linearen Abbildung

Mathematik II für Studierende der Informatik (Analysis und lineare Algebra) im Sommersemester 2018

Serie 5. ETH Zürich - D-MAVT Lineare Algebra II. Prof. Norbert Hungerbühler

3 Lineare Gleichungssysteme

Musterlösungen Blatt Mathematischer Vorkurs. Sommersemester Dr. O. Zobay. Matrizen

Kapitel 14. Matrizenrechnung

a 11 a 12 a 1(m 1) a 1m a n1 a n2 a n(m 1) a nm Matrizen Betrachten wir das nachfolgende Rechteckschema:

LINEARE ALGEBRA II. FÜR PHYSIKER

ein vom Nullvektor verschiedener Vektor, dann ist jeder dazu parallele (kollinear) Veka tor d ein Vielfaches von a. + λ 2 a 2

Übungen zum Ferienkurs Lineare Algebra 2015/2016: Lösungen

Matrizen, Gaußscher Algorithmus 1 Bestimmung der inversen Matrix

Lineare Algebra. 7. Übungsstunde. Steven Battilana. battilana.uk/teaching

Lineare Gleichungssysteme I (Matrixgleichungen)

Beispiele 1. Gegeben ist das lineare System. x+4y +3z = 1 2x+5y +9z = 14 x 3y 2z = 5. Die erweiterte Matrix ist

1 Definitionen: 6 Punkte gesamt

I) MATRIZEN. 1) Speichern geometrischer Daten: Punkte, Vektoren. j - te Variable (Spalte), j = 1,2,3,..., n

Spezialfall: Die Gleichung ax = b mit einer Unbekannten x kann mit Hilfe des Kehrwerts 1 a = a 1 gelöst werden:

Matrizen. Aufgabe 1. Sei f R 2 R 3 definiert durch. x y x Berechnen Sie die Matrix Darstellung von f. Lösung von Aufgabe 1.

Wiederhole die obigen Themen! Wir stellen Fragen im Testat!

Aussagenlogik. Lehrstuhl für BWL, insb. Mathematik und Statistik Prof. Dr. Michael Merz Mathematik für Betriebswirte I Wintersemester 2015/2016

Viele wichtige Operationen können als lineare Abbildungen interpretiert werden. Beispielsweise beschreibt die lineare Abbildung

Matrizen. a12 a1. a11. a1n a 21. a 2 j. a 22. a 2n. A = (a i j ) (m, n) = i te Zeile. a i 1. a i 2. a i n. a i j. a m1 a m 2 a m j a m n] j te Spalte

Lösbarkeit linearer Gleichungssysteme

Lineare Algebra I für Mathematiker Lösungen

Basiswissen Matrizen

D-INFK Lineare Algebra HS 2017 Özlem Imamoglu Olga Sorkine-Hornung. Musterlösung 8

Aussagenlogik. Lehrstuhl für BWL, insb. Mathematik und Statistik Prof. Dr. Michael Merz Mathematik für Betriebswirte I Wintersemester 2018/2019

8.2 Invertierbare Matrizen

Inhalt. Mathematik für Chemiker II Lineare Algebra. Vorlesung im Sommersemester Kurt Frischmuth. Rostock, April Juli 2015

1 Einführung Gleichungen und 2 Unbekannte Gleichungen und 3 Unbekannte... 4

Chr.Nelius : Lineare Algebra II (SS 2005) 1. Wir wollen hier eine Beschreibung des Gauß-Algorithmus mit Hilfe der sog. Elementarmatrizen vornehmen.

5.2 Rechnen mit Matrizen

5 Lineare Gleichungssysteme und Determinanten

BC 1.2 Mathematik WS 2016/17. BC 1.2 Mathematik Zusammenfassung Kapitel II: Vektoralgebra und lineare Algebra. b 2

Zeilenstufenform. Wir beweisen nun den schon früher angekündigten Satz.

Transkript:

L5.2 Inverse einer Matrix Betrachte im Folgenden lineare Abbildungen der Form: gleich viel Zeilen wie Spalten dann ist die Matrix, durch die A dargestellt wird, 'quadratisch', d.h. 'Identitätsabbildung': 'tut gar nichts' wird dargestellt durch die 'Einheitsmatrix': mit Matrixelementen: sonst (1 auf der Diagonalen) (0 überall sonst) Es gilt für jede Matrix A: denn: Die Abbildung heißt invertierbar, falls eine Abbildung existiert, so dass (1) gilt Analog: Eine quadratische Matrix heisst invertierbar, wenn eine "inverse Matrix" existiert, mit und (3) impliziert (4) [und umgekehrt]: Assoziativität Kriterien für Invertierbarkeit: später...

Beispiel: 2x2-Rotationsmatrix Rotation: Rotationsmatrix: [laut (j.5) sind Spalten v. R die Abbilder v. ] Inverse v. R = Rotation um : Check: Übrigens: Beispiel: Allgemeine 2x2-Matrix Sei dann Inverse existiert nur falls Check: Eigenschaften der Inversen 1) Check: 2) Check: Warnung: wie auch in

Wozu ist Inverse nützlich? Z.B.: bestimmt Lösung eines linearen Gleichungsystems Problemstellung: finde die Lösung für gegebene Zahlen für folgendes lineares Gleichungsystem (LGS): Kompakte Notation für (2): Schreibe Kompakte Notation für (3): Gesuchte Lösung: Bestimmung der Inversen: Rückführung auf Lösung v. n linearen Gleichungsystemen 1) Sei und n Spaltenvektoren, mit Komponenten: j-te Stelle Für jeden Wert von j = 1,..., n liefert (6) ein anderes LGS, zu lösen für den Spaltenvektor [(x.6) hat dieselbe Form wie (w.5)] Die aus diesen Spaltenvektoren gebildete Matrix (2) ist dann die gesuchte Inverse,

Wie löst man ein lineares Gleichungsystem (LSG)? Gauß-Algorithmus Ziel: durch geeignete Umformungen bringe man das LSG in die Form: Dann folgt sofort: Erlaubte Umformungen: - Vertauschen von Zeilen - Multiplikation einer Zeile mit einer Zahl - Addition eines Vielfachen einer Zeile zu einer anderen Ratschlag: Falls Brüche auftauchen, Zeile mit Hauptnenner durchmultiplizieren! Nützliches Hilfsmittel (um Schreiberei zu reduzieren): "Erweiterte Matrix": Start: Ziel: Gauß- Algorithmus Beispiel: finde Lösung des Systems: Erweiterte Matrix:

Lösung: Check durch einsetzen: konsistent mit (z.2) Falls das Gauss-Verfahren eine Zeile der Form liefert, hat das LSG keine Lösung. Falls das Gauss-Verfahren eine "Nullzeile" der Form liefert, kann eine der Variablen frei gewählt werden. Setze diese Variable gleich einem Parameter, z.b.. Lösung ist dann eine "Parameterschar". (bei m Nullzeilen, sind m der Variablen frei wählbar, m unabhängige Parameter.) Kriterien für Invertierbarkeit einer Matrix Eine lineare Abbildung ist bijektiv, d.h. ihre Matrix ist invertierbar, falls und nur falls (i) für jede Basis, die Bildvektoren auch eine Basis, bilden; (intuitiv gesprochen: A darf nicht aus linear unabhängigen Vektoren linear abhängige machen.) (ii) aus folgt, dass. [d.h. der 'Kern' oder 'Nullraum' der Matrix, also die Menge aller Elemente, die auf Null abgebildet werden, ist 'trivial' (enthält nur den Nullvektor)] Falls Standardbasis benutzt wird, folgt aus (i) ferner: (iii) ist invertierbar, falls die Spaltenvektoren von eine Basis bilden; denn diese Spaltenvektoren sind die Bildvektoren der Standardbasis: [Nächste Frage: wie wissen wir, ob Spaltenvektoren eine Basis bilden? Siehe L6.1]

Begründung für (i): surjektiv: injektiv: bijektiv: Begründung für (i) : Annahme: ist eine Basis. Dann ist surjektiv [das ganze V liegt im Bild v. A, ], denn sein Bild,, enthält eine Basis v. V, nämlich und somit das ganze V. Ferner ist auch injektiv [jeder Bildvektor entspricht maximal einem Argument]. Denn ansonsten gäbe es zwei verschiedene Vektoren und mit demselben Bild, d.h. Linearitität Letzte Gl. steht im Widerspruch zur linearen Unabhängigkeit der Basisvektoren Fazit: A ist surjektiv und injektiv, somit bijektiv, somit invertierbar. Begründung für (i) : Annahme: ist bijektiv. Dann ist jeder Vektor das Bild eines Vektors : ist vollständig. Ferner: sind linear unabhängig. Ansonsten würde eine nicht-triviale Linearkombination existieren, die Null liefert, Linearitität also im Widerspruch zur Injektivität, denn es gilt auch Fazit: ist vollständig und linear unabhängig, somit eine Basis. Begründung für (ii): analoge Argumente, Selbststudium!

L5.3 Basistransformation [vergleiche Seite L2.3g-h] seien zwei Basen für mit Gegeben, ein Vektor in der Wie lautet derselbe Vektor in der -Basis? Fazit: Matrixnotation: Neue Koordinaten lassen sich durch Matrixmultiplikation von T mit den Alten berechnen! Rücktransformation mittels Inverser Matrix: Beispiel: Der Vektor hat zwei Darstellungen: Einerseits, in Andrerseits, in (5) & (6) sind konsistent mit (ee.7):

Inverse Transformation: Hier: Betrachte z.b. den Basisvektor Einerseits, in Andrerseits, in (3) & (4) sind konsistent mit (ee.8): Transformation einer Matrix-Darstellung von einer Basis in eine andere sei eine lineare Abbildung, mit. In -Basis sei [(b.4), mit v'=v] In -Basis sei [(b.4), mit v'=v] dann hat F die Darstellung: dann hat F die Darstellung: [siehe (e.5)] [siehe (e.5)] Konkret: falls Konkret: falls dann gilt: dann gilt: mit mit

Der Bezug zwischen den beiden Basen sei: Frage: wie lautet Bezug zwischen und? Transformiere (hh.2) in die Laut (ee.6): (hh.2): [vergleiche mit (hh.2)] umgekehrt: Beispiel: Streckung in horizontale Richtung um Faktor 2 Finde Darstellung v. F in der (hh.1): Berechne nun Darstellung v. F in der Wie wirkt F auf den Basis-Vektor