4. Übung zur Linearen Algebra I -

Ähnliche Dokumente
Übung: Teilmengen. Beweis: Für alle Elemente einer Menge, die Teilmenge einer Menge ist, gilt, dass auch Element von ist. (Definition der Teilmenge)

Lineare Algebra I. Lösung 3.1:

1.4 Gruppen, Ringe, Körper

15. Gruppen, Ringe und Körper

Lineare Algebra I. Prof. Dr. M. Rost. Übungen Blatt 3 (WS 2010/2011) Abgabetermin: Donnerstag, 4. November.

7. Ringe und Körper. 7. Ringe und Körper 51

G. Dobner/H.-J. Dobner: Lineare Algebra Elsevier Spektrum Akademischer Verlag

: G G G. eine Abbildung. Gelten die folgenden Eigenschaften, so nennen wir (G,,e) eine Gruppe: (x,y) x y

Gruppen, Ringe, Körper

Lineare Algebra und Analytische Geometrie I*

Lösungen zu Kapitel 8

Leseprobe. Rolf Socher. Algebra für Informatiker. Mit Anwendungen in der Kryptografie und Codierungstheorie. ISBN (Buch):

Algebraische Strukturen - Aufgabe 4a

Technische Universität München. Ferienkurs Lineare Algebra 1. Mengenlehre, Aussagen, Relationen und Funktionen. Aufgaben mit Musterlösung

Skript und Übungen Teil II

Vorlesung Mathematik für Informatiker I. WS 2013/14 Klausur 29. März 2014

Vorlesung Algebra I. Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 1 2. Gruppen Einleitung

Übungen zur Vorlesung Mathematik für Informatiker 1 Wintersemester 2013/14 Übungsblatt 11

WS 2009/10. Diskrete Strukturen

1.4 Homomorphismen und Isomorphismen

Chinesischer Restsatz für Ringe

0 Mengen und Abbildungen, Gruppen und Körper

WS 2008/09. Diskrete Strukturen

30 Ringe und Körper Motivation Definition: Ring. Addition und eine. Häufig gibt es auf einer Menge zwei Verknüpfungen: eine

Mengenlehre: Mächtigkeit (Ordnung) einer Menge

für alle a, b, x, y R.

Aufgabensammlung zu Einführung in das mathematische Arbeiten Lineare Algebra und Geometrie WS 2009

Chr.Nelius: Grundzüge der Algebra (WS2005/06) 1. (14.1) DEF: Ein kommutativer Ring (K, +, ) heißt ein Körper, wenn gilt: 1) 1 K 0 K 2) K = K \ {0 K }

Beispiel 85. Satz 86 Eine Unteralgebra (bzgl. ) einer Gruppe ist eine Untergruppe, falls sie unter der Inversenbildung 1 abgeschlossen ist.

Mathematik für Informatiker I,

3. Übungszettel zur Vorlesung. Geometrische Gruppentheorie Musterlösung. Cora Welsch

Ringe und Module Im folgenden sind alle Ringe frei wählbar (nicht notwendigerweise kommutativ)

Die umgekehrte Richtung

Seminar zum Thema Kryptographie

Diskrete Strukturen 5.9 Permutationsgruppen 168/558 c Ernst W. Mayr

Inhalt der Vorlesung Elemente der Algebra und Zahlentheorie Prof. Dr. Arno Fehm TU Dresden SS Grundlegende Definitionen (Wiederholung)

Vorlesung Mathematik für Informatiker I. WS 2013/14 Klausur 29. März 2014

Lineare Algebra 6. Übungsblatt

Neues Thema: abstrakte Algebra: Gruppen- und Körpertheorie

3. Übung zur Linearen Algebra I -

4 Homomorphismen von Halbgruppen und Gruppen

1 Halbgruppen. 1.1 Definitionen. Übersicht Ein Beispiel einer Halbgruppe

1 Halbgruppen. 1.1 Definitionen. Übersicht Ein Beispiel einer Halbgruppe

Kap. II Ringe und Körper

01. Gruppen, Ringe, Körper

1.3 Gruppen. Algebra I 9. April 2008 c Rudolf Scharlau,

Kapitel 11. Dimension und Isomorphie

Halbgruppen, Gruppen, Ringe

Probeklausur zur Mathematik II (Algebra) Fachrichtungen: IF, CV, CSE und WIF Mai 2008

Mathematik für Physiker, Informatiker und Ingenieure

Übungsblatt 1: Monoide und Gruppen

Logische Grundlagen der Mathematik, WS 2014/15

Elemente der Mathematik - Winter 2016/2017

17 Lineare Abbildungen

Neues Thema: abstrakte Algebra: Gruppen- und Körpertheorie

3. Ringtheorie. 3.1 Definition, Ideale, Kongruenzen

Tutorium: Diskrete Mathematik

Musterlösung. 1 Relationen. 2 Abbildungen. TUM Ferienkurs Lineare Algebra 1 WiSe 08/09 Dipl.-Math. Konrad Waldherr

Satz 94 Sei b N 0 und p N eine Primzahl. Dann gilt:

FU Berlin: WiSe (Analysis 1 - Lehr.) Übungsaufgaben Zettel 5. Aufgabe 18. Aufgabe 20. (siehe Musterlösung Zettel 4)

Wir betrachten jetzt algebraische Strukturen mit zwei inneren Verknüpfungen Definition (Ring) Ist R eine Menge mit zwei inneren Verknüpfungen

Algebraische Strukturen und Verbände

LINEARE ALGEBRA Ferienkurs. Hanna Schäfer Philipp Gadow

5. Gruppen, Ringe, Körper

2 Grundstrukturen. 2.1 Gruppen. Prof. Dr. Peter Schneider. Vorlesung WS Lineare Algebra 1 2 GRUNDSTRUKTUREN

D-MATH, D-PHYS, D-CHAB Analysis I HS 2016 Prof. Manfred Einsiedler Philipp Wirth. Lösung 3

Diskrete Mathematik. Sebastian Iwanowski FH Wedel. Kap. 4: Zahlentheorie

3 Moduln. Analogon zu K-Vektorräumen, aber statt über einem Körper, über einem Ring definiert.

Wiederholung: lineare Abbildungen

3.5 Ringe und Körper. Diese Eigenschaften kann man nun auch. 1. (R, +) ist eine kommutative Gruppe. 2. Es gilt das Assoziativgesetz bezüglich.

Teil I. Lineare Algebra I Vorlesung Sommersemester Olga Holtz. MA 378 Sprechstunde Fr und n.v.

3-1 Elementare Zahlentheorie

1.5 Halbgruppen, Monoide und Gruppen

3.4 Algebraische Strukturen

Ferienkurs Mathematik für Physiker I Skript Teil 2 ( )

Lineare Algebra I. Probeklausur - Lösungshinweise

Weitere Eigenschaften

Modul Grundbildung Lineare Algebra und analytische Geometrie SoSe 2010

Algebra. Eine Menge A heißt abzählbar, wenn A gilt. Insbesondere sind, und abzählbar, und sind nicht abzählbar (überabzählbar).

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

Zentralübung zur Vorlesung Diskrete Strukturen

3. Zahlbereiche und algebraische Strukturen

Vollständigkeit. 1 Konstruktion der reellen Zahlen

Satz 2.8 V sei ein endlichdimensionaler euklidischer Vektorraum. Für jeden Unterraum

n (als K 0 -Vektorraum) und insbesondere

4: Algebraische Strukturen / Gruppen

Wiederholungsblatt zur Gruppentheorie

Aufgaben zur linearen Algebra und analytischen Geometrie I

Repetitorium Mathematik für Informatiker I, Sommersemester Probeklausur Nr. 2. Information

Definition 4.2. Die Menge Q der rationalen Zahlen ist definiert durch. Wir führen jetzt auf Z eine Addition und eine Multiplikation ein durch

Höhere Mathematik I für die Fachrichtung Elektrotechnik und Informationstechnik Lösungsvorschläge zum 1. Übungsblatt

Mathematische Grundlagen der Computerlinguistik Algebren

Lineare Algebra und analytische Geometrie I

(R4) Addition und Multiplikation erfüllen das Distributivgesetz a (b + c) = ab + ac und. Endomorphismenring d) K Körper, n N, R = K n n Matrizenring

Höhere Mathematik I für die Fachrichtungen Elektroingenieurwesen, Physik und Geodäsie Lösungsvorschläge zum 1. Übungsblatt

Abbildungen. Kapitel Definition: (Abbildung) 5.2 Beispiel: 5.3 Wichtige Begriffe

6.1 Präsentationen von Gruppen

1 Algebraische Grundbegriffe

Kongruenz modulo g definiert auf K[x] eine Äquivalenzrelation g : h g f h f ist durch g teilbar, und [f] g ist die Äquivalenzklasse von f.

Übungsaufgaben. 1. Ein topologischer Raum T ist genau dann noethersch und hausdorffsch, wenn T eine endliche Menge mit der diskreten Topologie ist.

Transkript:

4. Übung zur Linearen Algebra I - en Kommentare an Hannes.Klarner@Fu-Berlin.de FU Berlin. WS 2009-10. Aufgabe 13 Auf dem Cartesischen Produkt Z Z werden 2 Verknüpfungen, definiert durch: Man zeige: (a 1, a 2 ) (b 1, b 2 ) := (a 1 +b 1, a 2 +b 2 ) und (a 1, a 2 ) (b 1, b 2 ) := (a 1 b 1, a 2 b 2 ) (i) (Z Z,, ) ist ein Ring mit Eins (ii) R := {(a, b) Z Z b = 0} ist ein Unterring mit Eins (iii) Ist der Ring (Z, +, ) zu R isomorph? Zu (i): (Z 2,, ) ist ein Ring mit 1, wenn (Z 2, ) eine abelsche Gruppe ist und (Z 2, ) eine Halbgruppe mit 1 ist und die Distributivgesetzte für und gelten. Das Z 2 ist klar. Erstmal die Verknüpfungseigenschaften prüfen. Assoziativität: (x 1, x 2 ), (y 1, y 2 ), (z 1, z 2 ) Z 2 ((x 1, x 2 ) (y 1, y 2 )) (z 1, z 2 ) = (x 1 + y 1, x 2 + y 2 ) (z 1, z 2 ) = (x 1 + y 1 + z 1, x 2 + y 2 + z 2 ) = (x 1, x 2 ) (y 1 + z 1, y 2 + z 2 ) = (x 1, x 2 ) ((y 1, y 2 ) (z 1, z 2 )) Dieselbe Rechnung funktioniert für und. und sind auch beides kommutative Verknüpfungen: (x 1, x 2 ), (y 1, y 2 ) Z 2 (x 1, x 2 ) (y 1, y 2 ) = (x 1 y 1, x 2 y 2 ) = (y 1 x 1, y 2 x 2 ) = (y 1, y 2 ) (x 1, x 2 ) Außerdem gelten die Distributivgesetze, denn 1

(x 1, x 2 ) ((y 1, y 2 ) (z 1, z 2 )) = (x 1, x 2 ) (y 1 + z 1, y 2 + z 2 ) = (x 1 (y 1 + z 1 ), x 2 (y 2 + z 2 )) = (x 1 y 1 + x 1 z 1, x 2 y 2 + x 2 z 2 ) = (x 1 y 1, x 2 y 2 ) (x 1 z 1, x 2 z 2 ) = ((x 1, x 2 ) (y 1, y 2 )) ((x 1, x 2 ) (z 1, z 2 )) Das andere Distributivgesetz ergibt sich aus der Kommutativität der beiden Verknüpfungen und dem schon gezeigten D-Gesetz. Außerdem gibt es eine 1 und eine 0 und -Inverse: 1 = (1, 1) denn (a, b) Z 2 : (1, 1) (a, b) = (1 a, 1 b) = (a, b) und 0 = (0, 0) denn (a, b) Z 2 : (0, 0) (a, b) = (0 + a, 0 + b) = (a, b) (a, b) = ( a, b) denn (a, b) Z 2 : ( a, b) (a, b) = (0, 0) Damit ist (i) nachgewiesen. Zu (ii): Da Assoziativität, Kommutativität und die Distributivgesetzte für Z 2 gelten, sind sie auch für Teilmengen, insbesondere R, war. (R, ) ist eine Untergruppe, da für R das Untergruppenkriterium gilt: a, b R : a ( b) = (a 1, 0) ( b 1, 0) = (a 1 b 1, 0) R Außerdem ist R -abgeschlossen: a, b R : a b = (a 1, 0) (b 1, 0) = (a 1 b 1, 0) R Es gibt auch eine 1 R = (1, 0) in R, da a R : 1 R a = (1, 0) (a, 0) = (1 a, 0) = a Zu (iii): Betrachte die Abbildung f : Z R mit f(x) = (x, 0). Wir wollen zeigen, daß es sich um einen bijektiven Ringhomomorphismus handelt (einen Isomorphismus). f ist offensichtlich surjektiv und injektiv: Surjektivität: Sei y R. x Z sodaß y = (x, 0). f(x) = y. Injektivität: Seien x, y Z sodaß (x, 0) = f(x) = f(y) = (y, 0). Dann folgt x = y (Gleichheit für Tupel) Damit haben wir erstmal eine Bijektion zwischen den Mengen R und Z. f besitzt aber auch die Homomorphismus Eigenschaften: f(a) f(b) = (a, 0) (b, 0) = (a b, 0) = f(a b) f(a) f(b) = (a, 0) (b, 0) = (a + b, 0) = f(a + b) Deshalb sind die beiden Ringe isomorph. 2

Aufgabe 14 Man zeige, daß es bis auf Isomorphie höchstens einen Körper der Ordnung 3 gibt. Bemerkung (ohne Beweis): Die Ordnung eines endlichen Körpers ist stets Primzahlpotenz. Ist umgekehrt p a Primzahlpotenz, so gibt es bis auf Isomorphie genau einen Körper der Ordnung p a. Wir gehen nach dem Sudoku-Prinzip des schrittweisen Ausfüllens und Einhaltens bestimmter Regeln vor. In einem Körper gilt definitionsgemäß 1 0. Bezeichne x das dritte Element, also K = {0, 1, x}. Folgende Regeln ergeben sich für die Verknüpfungstabellen: Symmetrie entlang der Hauptdiagonalen (Kommutativität) + Tabelle: Zeilen und Spalten sind Permutationen von K (Inverse existieren k) Tabelle: Zeilen und Spalten (ausser 0-Zeile und 0-Spalte) sind Permutationen von K\{0} ( Inverse für K\{0}) k K : 1 k = k (Definition von 1) k K : 0 + k = k (Definition von 0) k K : 0 k = 0 (Folgerung aus den Körper-Axiomen) Daraus ergeben sich genau diese beiden Verknüpfungstabellen: + 0 1 x 0 1 x 0 0 1 x 0 0 0 0 1 1 x 0 1 0 1 x x x 0 1 x 0 x 1 Da es in der Aufgabe heißt höchstens einen Körper der Ordnung 3 verzichte ich auf den Nachweis der Distributivgesetzte und der Assoziativität, die notwendig wären, um zu zeigen, daß es einen Körper der Ordnung 3 gibt. Aufgabe 15 Ein Ring (R, +, ) heißt nullteilerfrei, wenn gilt: a, b R : a b = 0 a = 0 b = 0 Man zeige: Ist (R, +, ) nullteilerfrei, so gilt die Kürzungsregel, d.h.: a, b, c R : (ab = ac a 0) b = c 3

Sei also ein Ring R nullteilerfrei und a, b, c R, a 0 sodaß ab = ac. Falls wir Glück haben gibt es ein multiplikativ-inverses zu a (z.b. in R = Q). Die Kürzungregel gilt aber auch in R = Z, wo nur die 1 ein m-inverses besitzt. Das liegt an der Distributivität, der Existenz von additativ-inversen, der Nullteilerfreiheit und daran, daß a 0: ab = ac ab ac = 0 a(b c) = 0 b c = 0 b = c Der Ring aus Aufgabe 13 dagegen ist nicht nullteilerfrei und man darf in ihm nicht die Kürzungsregel verwenden. Zum Beispiel: a = (3, 0) 0, b = (0, 10), c = (0, 4) ab = ac aber b c. Aufgabe 16 Auf F := {f f : R R} werden 2 Verknüpfungen definiert durch (f + g)(a) := f(a) + g(a) und (f g)(a) := f(a) g(a) a R (i) Ist (F, +, ) ein Ring? (ii) Ist A := {f F f(3) = 0} ein Unterring? (iii) Ist B := {f F f(7) = 2 + f(1)} ein Unterring? Der Nachweis, daß (F, +, ) ein Ring ist erfordert viele Einzelnachweise. Wiederholung: Zwei Funktionen f, g : D R sind gleich, genau dann wenn d D : f(d) = g(d). Nachweis Assoziativität. f, g, h F : (f + (g + h))(x) = f(x) + (g + h)(x) = f(x) + g(x) + h(x) f + (g + h) = (f + g) + h = (f + g)(x) + h(x) = ((f + g) + h)(x) Genauso für. Nachweis Kommutativität. f, g F : (f + g)(x) = f(x) + g(x) = g(x) + f(x) = (g + f)(x) f + g = g + f Die besonderen Ringelemente sind: 1 : R R, x 1, denn f F : f 1 = f(x) 1(x) = f(x) 0 : R R, x 0, denn f F : f + 0 = f(x) + 0(x) = f(x) f F : f, x f(x), denn f(x) + f (x) = 0 4

Nachweis des ersten Distributivgesetzes: : (f (g + h))(x) = f(x) (g + h)(x) = f(x) (g(x) + h(x)) = f(x) g(x) + f(x) h(x) = (f g)(x) + (f h)(x) = ((f g) + (f h))(x) f (g + h) = (f g) + (f h) Das zweite folgt aus der Kommutativität der Verknüpfungen. Also ist (F, +) eine abelsche Gruppe. Zu (ii): A ist ein Unterring von R. Wie bei Aufgabe 13 müssen nur noch das Untergruppenkriterium und die -Abgeschlossenheit nachgewiesen werden. a, b A : a, b A : (a b)(3) = a(3) b(3) = 0 a b A (a b)(3) = a(3) b(3) = 0 a b A Zu (iii): B ist kein Unterring von R, da diese Menge nicht +-abgeschlossen ist: Seien f, g B beliebig. Untersuche die Funktion (f + g) an der Stelle 7. Es wird gefordert, daß (f + g)(7) = 2 + (f + g)(1). Aber (f + g)(7) = f(7) + g(7) = 4 + f(1) + g(1) = 4 + (f + g)(1). Also: f, g B f + g / B 5