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ker(f) = im(f) Stimmt mein Beweis?

Frage: ker(f) = im(f) Stimmt mein Beweis?
(6 Antworten)


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Hey Leute,

kann hier mal jemand drüber gucken, ob das so stimmt?

Aufgabe: Sei V endlichdimensionaler Vektorraum.

Zu zeigen: Es gibt genau dann eine lineare Abbildung
f: V => V mit ker(f) = im(f), wenn dim(V) gerade ist.


Beweis:
"=>" Es soll gelten: ker(f) = im(f) Zu zeigen: V ist gerade.
Die Dimensionsformel besagt dim V = dim ker(f) + dim Im(f)
Da aber gilt ker(f) = Im(f) folgt, dass dim ker(f) = dim Im(f)
=> dim V = dim ker(f) + dim ker(f) = 2 dim ker(f)
=> dim (V) ist gerade!

"<=" Es soll gelten: dim(V) ist gerade. Zu zeigen: ker(f) = Im(f)
Sei B={v1,...,v2n} eine Basis von V.
=> B`={v1,...,vn} ist Basis von VIm(f)
Erweitern ergibt Basis von V: B``={v1,...,vn,f(v1),...,f(vn)}
Durch umordnen erhalte ich: B``={v1,f(v1),...,vn,f(vn)}
=> {v1,...,v2n}
=> ker(f) = im(f)

Alternativer Ansatz:
Sei B={v1,...,vn} eine Basis von ker(f) c V.
Ergänze diese zu einer Basis von V:
B`={v1,...,vn,vn+1,...,v2n},, wobei 2n=dim(V).
nach der Dimensionsformel folgt:
dim(V) = dim(ker(f))+ dim(im(f))
2n = n + dim(im(f))
n = dim(im(f))
=> ker(f) = im(f)

Eine Kommilitonin von mir meinte: Ich setze bei der Rückrichtung in beiden Beweisen indirekt voraus, dass ker(f)=im(f). Wo sie Recht hat, hat sie Recht.
Darf ich das trotzdem so aufschreiben? Oder gibt`s noch irgendeinen Trick?
Vielen Dank für eure Hilfe!
Frage von Wellenkoenig (ehem. Mitglied) | am 04.12.2012 - 20:00


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Antwort von v_love | 06.12.2012 - 20:52
"das sollte abgebildet werden auf vj, habe ich vergessen zu schreiben..."


dann sind aber bild und kern der abbildung nicht gleich.

"daher kann man folgern, dass f(e1)=0"

aus was willst du denn das folgern? was soll denn V sein?

"Du sagst, dass im(f) = R{0} und ker(f)=R{0}. Wie kommst du darauf?"

das sieht man sofort an der def. von f, sei x aus R², dann ex. eindeutige (r,s) aus R² mit x=r*e1+s*e2 und wegen linearität von f: f(x)=s*e1, also im(f)=R x {0}
ferner f(x)=0 <=>s=0, also ker(f)=R x {0}.


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Antwort von v_love | 04.12.2012 - 20:38
"=> B`={v1,...,vn} ist Basis von VIm(f)"

wieso sollte das nun gelten? i.a. ist das falsch.

"Sei B={v1,...,vn} eine Basis von ker(f) c V."

da setzt du aber schon einiges voraus ...

"n = dim(im(f))
=> ker(f) = im(f)"

aus gleichheit der dimensionen folgt nicht die gleichheit der mengen, sondern lediglich isomorphie der entsprechenden VR.

generell bist du hier nicht auf dem richtigen weg. ker(f)=im(f) für f aus End(V) bel. kannst du nicht zeigen, das ist aber auch nicht die aufgabe.
es muss lediglich ein f aus End(V) konstruiert werden mit ker(f)=im(f).
im fall V=R^2 kann man z.b. die abbildung nehmen, die durch f(e1)=0, f(e2)=e1, wobei {e1,e2} standardbasis des R^2, definiert ist. (dann gilt: im(f)=R x {0} und ker(f)=R x {0})


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Antwort von Wellenkoenig (ehem. Mitglied) | 05.12.2012 - 18:07
Erstmal vielen Dank für deine Antwort.
Mit Endomorphismen und den ganzen anderen linearen Abbildungen bin ich noch nicht warm.
Ein Endomorphismus ist doch, wenn f eine Selbstabbildung ist, also V=W gilt.
In meinem Fall ist das dann ker(f) = im(f)?

Kann ich die Rückrichtung dann so beweisen?
B= {v1,...,v2n} bleibt weiterhin Basis von V.
Da es sich um eine lineare Abbildung handelt, kann man f(v1),...,f(v2n) eindeutig bestimmen.
Jetzt kann man f(vj) für j=1,...,n so definieren, dass f(vj)= 0 (folgt aus Definition des Kerns) Gleichzeitig wird f(vj) für j=n+1,...,2n abgebildet, damit dies funktioniert.

=> f(V)= ker(f)
=> Im(f)= ker(f)

Ich hoffe, dass jetzt wenigstens Ansätze davon stimmen?!
Bin froh, dass wir jetzt mit Matrizen anfangen -
das fällt mir wesentlich leichter ;)


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Antwort von v_love | 05.12.2012 - 22:43
"Da es sich um eine lineare Abbildung handelt, kann man f(v1),...,f(v2n) eindeutig bestimmen."

was hat das damit zu tun, dass f eine lineare abbildung ist?

"folgt aus Definition des Kerns"

was? dass du ein f so definieren kannst? nein.

"Gleichzeitig wird f(vj) für j=n+1,...,2n abgebildet, damit dies funktioniert."

wohin soll das denn abgebildet werden, damit das funktioniert?


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Antwort von Wellenkoenig (ehem. Mitglied) | 06.12.2012 - 13:59
"wohin soll das denn abgebildet werden, damit das funktioniert?"
das sollte abgebildet werden auf vj, habe ich vergessen zu schreiben...
Diese Aufgabe treibt mich noch in den Wahnsinn. xD

Habe mir nochmal dein Beispiel angeschaut. Du sagst also:
Sei V=R², dann lässt sich ein Epimorphismus finden mit f: R² => R² und Basis B={e1,e2}.
Das Bild wurde in der Vorlesung definiert als f(V) = 0, daher kann man folgern, dass f(e1)=0
Analog der Kern, denn es gilt: f^-1(V)= f^-1(e2)=e1.
Ich hoffe, dass ich es bis hierhin schonmal verstanden habe.

Dann verstehe ich deine Folgerung nicht mehr.
Du sagst, dass im(f) = R{0} und ker(f)=R{0}. Wie kommst du darauf?
Dass daraus dann folgt, dass im(f)=ker(f) ist, ist dann wieder klar.

Würde das reichen, dann so ein Beispiel zu nennen oder muss ich das wieder
ganz allgemein machen?


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Antwort von v_love | 06.12.2012 - 20:52
"das sollte abgebildet werden auf vj, habe ich vergessen zu schreiben..."


dann sind aber bild und kern der abbildung nicht gleich.

"daher kann man folgern, dass f(e1)=0"

aus was willst du denn das folgern? was soll denn V sein?

"Du sagst, dass im(f) = R{0} und ker(f)=R{0}. Wie kommst du darauf?"

das sieht man sofort an der def. von f, sei x aus R², dann ex. eindeutige (r,s) aus R² mit x=r*e1+s*e2 und wegen linearität von f: f(x)=s*e1, also im(f)=R x {0}
ferner f(x)=0 <=>s=0, also ker(f)=R x {0}.


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Antwort von Wellenkoenig (ehem. Mitglied) | 07.12.2012 - 15:21
Ich glaube, dass ich es jetzt verstanden habe ;)
Musste die Aufgabe heute abgeben, mal sehen was bei raus kommt.
Vielen Dank für deine Hilfe

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