Untervektorräume

Hallo,
ich habe einige Aufgaben bzgl. des Themas schon gelöst und wollte fragen, ob ich dies richtig gemacht habe.
Bei einigen Aufgaben komme ich aber nicht ganz weiter.

  1. Untersuchen Sie, welche der folgenden vier Mengen Untervektorräume von 2 sind.
    i)U1 ={(x,y)∈ R^2 |y=x^4},
    ii)U2={(x,y)∈ R^2|x>y},
    iii)U3 ={(x,y)∈ R^2 |y=−2x},
    iv)U4={(x,y)∈ R^2|xy≤0}.

Meine Lösungen:
Also wir müssen ja folgendes zeigen:
(UV1) U≠ ∅
U enthält mindestens ein Element
(UV2) u, v ∈ U =⇒ u + v ∈ U
U ist abgeschlossen gegenüber der Addition
(UV3) u∈U undλ∈K =⇒λu∈U
U ist abgeschlossen bezüglich der Skalarmultiplikation

i)
(UV1) 0∈U1 Wie kann ich das zeigen? Einfach u=(0,0) wählen und dann y=x^4=0 oder wie genau?
(UV2) Wenn u=(0,0) und v=(0,0), dann geht auch dies.
Oder wenn u=(0,0) und v=(1,1), dann geht auch dies.
Wenn jedoch u=(16,2) und v=(1,1), dann geht dies nicht mehr auf, somit ist es kein UVR.

ii)
(UV1) 0 ist kein Element von U2 (z.B. u=(2,1)) Wie kann ich das noch zeigen?
Somit ist dies kein UVR.

iii)
Ist ein UVR, dies kann man anhand von u=(x,-2x) zeigen.

iv) Hier fällt mir leider kein Bsp. zu ein. Dies ist aber meiner Meinung nach ein UVR.

Hilfe bräuchte ich somit bei i),ii) und iv).
Wäre nett, wenn mir da jemand helfen könnte.

  1. Es seien U1, U2, U3 Untervektorräume eines K-Vektorraums V . Dann ist auch U := U1 + U2 + U3 = { u1 + u2 + u3 | u1 ∈ U1, u2 ∈ U2, u3 ∈ U3 }
    ein Untervektorraum von V . Beweisen Sie, daß folgende drei Bedingungen äquivalent sind:
    i) Für jedes u ∈ U ist die Darstellung u = u1+u2+u3 mit u1 ∈ U1,u2 ∈ U2,u3 ∈ U3 eindeutig.
    i i ) I s t u 1 + u 2 + u 3 =0 i n U , s o f o l g t u 1 =0 , u 2 =0 u n d
    u 3 =0 .
    iii) Es ist U1 ∩(U2 +U3) = 0 und U2 ∩U3 = 0.
    Zeigen Sie anhand eines Gegenbeispiels, daß die obigen Bedingungen im allgemeinen nicht äquivalent sind zu U1 ∩ U2 ∩ U3 = 0.

Meine Lösungen:
Also man kann ja einfach beweisen aus i) folgt ii), aus ii) folgt iii) und aus iii) folgt i).

Aus ii) folgt iii)
Da ui=0 ist, ist 0 ein Element aus Ui.
Wi := U1+U2+U3, da 0 ein Element aus Ui Wi=0
Somit U1 ∩(Wi-U1), somit U1 ∩(-U1) =0, da ui=0 ist, ist 0 ein Element aus Ui.

Aus i) folgt ii)
ui=0, da ui Element aus Ui und 0 ist ein Element aus Ui.
Somit auch u1+u2+u3=0

Aus iii) folgt i)
Da fällt mir gerade nichts zu ein.

Wie kann man das richtig aufschreiben. Ich weiß, wir müssen dass mit diesen Pfeilen machen, aber ich weiß nie genau, ob ich die auch richtig einsetze.
Kann mir das bitte jemand hier mal zeigen?
Ist das richtig, was ich hier gemacht habe?

Zeigen Sie anhand eines Gegenbeispiels, daß die obigen Bedingungen im allgemeinen nicht äquivalent sind zu U1 ∩ U2 ∩ U3 = 0.
Dazu finde ich leider kein Gegenbeispiel. Welches könnte man denn nehmen?

Vielen Dank im Voraus für Ihre Hilfe.
Liebe Grüße
Lana

Hallo,

leider habe ich momentan keine Zeit mich mit deiner Frage zu beschäftigen. Sorry.

LG
Meerkatze

Hallo Lana,

verzeihe bitte mich, aber Untervektorraum - nicht mein Bereich :frowning:

mfg
Boris

Hi,

hab nochmal die Def eines Unterraums angeschaut (man vergisst soviel):

  1. nicht leer
  2. abgeschlossen bew add
  3. abgeschlossen bez skal.mult

alle 4 Bsp sind nicht leer (man muss nur ein Element finden)
a) (0/0) oder (1/1)
b) (1/0) oder (3/2)
c) (1/-2) oder (2/-4)
d) (1/-1) oder (-1/1)

abgeschl bez add
a) nicht abg: Summe^4 a^4 + b^4
b) abg: x1 > y1 & x2 > y2 => x1 + x2 > y1 + y2 => aus U2
c) abg: y1 = -2x1 & y2 = -2x2 => y1+y2 = -2(x1+x2) ._ aus U3
d) nicht abg: addiere obige Beisp: (1/-1) + (-1/1) => nicht in U4

abg bez mul mit zahl
(wir brauchen eig. nur b & c cheken)
b) nicht abg: x>y /*z und z zx

Hallo Lana,
wenn es Widersprüche gibt, es also kein Unterraum ist, reicht ein Gegenbeispiel.

> 1. Untersuchen Sie, welche der folgenden vier Mengen Untervektorräume
> von 2 sind.
> i)U1 ={(x,y)∈ R^2 |y=x^4},
> ii)U2={(x,y)∈ R^2|x>y},
> iii)U3 ={(x,y)∈ R^2 |y=−2x},
> iv)U4={(x,y)∈ R^2|xy≤0}.
>
> Meine Lösungen:
> Also wir müssen ja folgendes zeigen:
> (UV1) U≠ ∅
> U enthält mindestens ein Element
> (UV2) u, v ∈ U =⇒ u + v ∈ U
> U ist abgeschlossen gegenüber der Addition
> (UV3) u∈U undλ∈K =⇒λu∈U
> U ist abgeschlossen bezüglich der Skalarmultiplikation
>
> i)
> (UV1) 0∈U1 Wie kann ich das zeigen? Einfach u=(0,0) wählen und dann
> y=x^4=0 oder wie genau?
Damit würdest du das zeigen. Aber den UV1 heiß doch, dass der Raum nicht leer sein darf und nicht, dass die Null drin liegt.
Dass die Null drin liegen muss folgt aus UV3 mit λ=0.

> (UV2) Wenn u=(0,0) und v=(0,0), dann geht auch dies.
> Oder wenn u=(0,0) und v=(1,1), dann geht auch dies.
> Wenn jedoch u=(16,2) und v=(1,1), dann geht dies nicht mehr auf, somit
> ist es kein UVR.
Genau. Wenn es mit einem Beispiel nicht funktioniert, reicht das als Argument, dass es kein UVR ist.
>
> ii)
> (UV1) 0 ist kein Element von U2 (z.B. u=(2,1)) Wie kann ich das noch zeigen?
> Somit ist dies kein UVR.
Siehe oben: UV3.
UV1 ist erfüllt, da (2,1) ja in U2 liegt und U2 damit nicht leer ist.

> iii)
> Ist ein UVR, dies kann man anhand von u=(x,-2x) zeigen.
Stimmt.

> iv) Hier fällt mir leider kein Bsp. zu ein. Dies ist aber meiner Meinung
> nach ein UVR.

U4 besteht aus allen Paaren (x,y) bei denen x und y unterschiedliche Vorzeichen haben oder Null sind.

Kein UVR, wegen UV2:
(-2,3) und (5,-1) sind aus U4, die Summe (3,2) aber nicht.

>
> 2. Es seien U1, U2, U3 Untervektorräume eines K-Vektorraums V . Dann ist
> auch U := U1 + U2 + U3 = { u1 + u2 + u3 | u1 ∈ U1, u2 ∈ U2, u3 ∈ U3 }
> ein Untervektorraum von V . Beweisen Sie, daß folgende drei Bedingungen
> äquivalent sind:
> i) Für jedes u ∈ U ist die Darstellung u = u1+u2+u3 mit u1 ∈ U1,u2 ∈
> U2,u3 ∈ U3 eindeutig.
> ii ) Ist u1+u2+u3=0 in U, so folgt u1=0, u2 =0 und
> u3 =0 .
> iii) Es ist U1 ∩(U2 +U3) = 0 und U2 ∩U3 = 0.
> Zeigen Sie anhand eines Gegenbeispiels, daß die obigen Bedingungen im
> allgemeinen nicht äquivalent sind zu U1 ∩ U2 ∩ U3 = 0.
>
> Meine Lösungen:
> Also man kann ja einfach beweisen aus i) folgt ii), aus ii) folgt iii)
> und aus iii) folgt i).
Ja, nennt sich Ringschuluss.

> Aus ii) folgt iii)
> Da ui=0 ist, ist 0 ein Element aus Ui.
> Wi := U1+U2+U3, da 0 ein Element aus Ui Wi=0
> Somit U1 ∩(Wi-U1), somit U1 ∩(-U1) =0, da ui=0 ist, ist 0 ein Element
> aus Ui.
>
> Aus i) folgt ii)
> ui=0, da ui Element aus Ui und 0 ist ein Element aus Ui.
> Somit auch u1+u2+u3=0
>
> Aus iii) folgt i)
> Da fällt mir gerade nichts zu ein.

Ich blicke bei deinen Lösungen tlw. nicht ganz durch. Mal sehen, was mir einfällt.

i) => ii)
K ist Körper => 0 Element K.
K ist abgeschlossen bezgl. skalarer Mult => Null Element Ui.
Für u1+u2+u3=0 ist u1=0, u2 =0 und u3 =0 eine Lösung. Nach Voraussetzung aus i) auch die einzige.

ii) => iii)

  1. Angenommen, es gäbe noch ein weiteres Element a in dem Schnitt von U1 mit (U2 +U3)
    => -a in beiden drin (Abgeschlossenheit bei skalarer Mult mit λ=-1).
    Wenn a in U1 und -a in (U2+U3) ist die Lösung von u1+u2+u3=0 nicht mehr eindeutig. Widerspruch.

  2. Ähnlich. Wenn noch ein b in beiden existiert, dann auch -b. Mit u1=0 gäbe es eine weitere Lösung. Widerspruch.

iii) => i)
Annahme: Ein Element aus U hat zwei unterschiedliche Darstellungen u1+u2+u3 und v1+v2+v3. => (u1-v1)+(u2-v2)+(u3-v3)=0.

U2∩U3 = 0 => In U2 liegt kein Inverses der Addition zu einem Element aus U3 außer der Null (Skalar -1)
U1 ∩(U2 +U3) = 0 => In U1 liegt kein Inverses der Addition zu einem Element aus (U2+U3) außer der Null (Skalar -1)

Damit ist [(u2-v2)+(u3-v3)] ungleich Null,
und (u1-v1)+[(u2-v2)+(u3-v3)] ungleich Null
AUßER: ui=vi, aber dann ist die Darstellung eindeutig. Widerspruch.

> Zeigen Sie anhand eines Gegenbeispiels, daß die obigen Bedingungen im
> allgemeinen nicht äquivalent sind zu U1 ∩ U2 ∩ U3 = 0.
> Dazu finde ich leider kein Gegenbeispiel. Welches könnte man denn nehmen?

Spontan fällt mir auch keins ein, aber ich muss jetzt leider mit meinem Kram weitermachen.

Viele Grüße
Rumsi

Super Erklärung, danke.

Hallo,

sorry, da kann ich leider nicht weiterhelfen.

Auch hallo,

harte Nüsse… So hart, das sich in dem Thread (oder dem Forum) unter http://www.matheplanet.de/matheplanet/nuke/html/view… etwas Verwertbares findet

Hey,

tut mir leid, dass ich deine Frage erst so spät lese.
Wie ich sehe wurde schon alles beantwortet bis auf das
letzte Gegenbeispiel.
Leider fällt mir momentan auch keines ein.
Tut mir leid.

Viele Grüße