Lineare Algebra Und Analytische Geometrie

ISBN-13: 9783540629030 / Niemiecki / Twarda / 1997 / 292 str.

Max Koecher

Opis

Der vorliegende Band wurde fur die Neuauflage von Aloys Krieg, einem Schuler von Herrn Koecher, erganzt und aktualisiert. Wichtigste Erganzungen sind der Spektralsatz fur selbstadjungierte Endomorphismen in euklidischen und unitaren Vektorraumen sowie die Anwendung der Jordanschen Normalform auf Differentialgleichungen. Auch sind neue Ubungsaufgaben hinzugekommen.

Aus den Rezensionen: ..". ein erfreulicher Lichtblick. Ohne die klare theoretische Linie zu verwirren, versteht der Autor Querverbindungen zur Geometrie, Algebra, Zahlentheorie und (Funktional-) Analysis immer wieder aufzuhellen. Zwischenkommentare helfen dabei ebenso wie die eingehenden historischen Notizen und Einschube, insbesondere uber Grassmann, Hamilton und Cayley sowie die Geschichte der Determinanten. Besondere Kapitel uber die Elementargeometrie der Ebene des Raumes kommen endlich einmal auch auf nichttriviale Satze zu sprechen; Feuerbachkreis und Euler-Gerade, Spiegelungspunkte und Spharik. ... Studenten und Dozenten kann diese Buch warmstens empfohlen werden." Zentralblatt fur Mathematik"

Spis treści

A. Lineare Algebra I.- 1. Vektorräume.- § 1. Der Begriff eines Vektorraumes.- 1. Vorbemerkung.- 2. Vektorräume.- 3. Unterräume.- 4. Geraden.- 5. Das Standardbeispiel Kn.- 6. Geometrische Deutung.- 7. Anfänge einer Geometrie im ?2.- § 2*. Über den Ursprung der Vektorräume.- 1. Die Grassmannsche Ausdehnungslehre.- 2. Grassmann: Übersicht über die allgemeine Formenlehre.- 3. Extensive Größen als Elemente eines Vektorraumes.- 4. Reaktion der Mathematiker.- 5. Der moderne Vektorraumbegriff.- § 3. Beispiele von Vektorräumen.- 1. Einleitung.- 2. Reelle Folgen.- 3. Vektorräume von Abbildungen.- 4. Stetige Funktionen.- 5. Reelle Polynome.- 6*. Reell-analytische Funktionen.- 7* Lineare Differentialgleichungen n-ter Ordnung mit konstanten Koeffizienten.- 8. Die Vektorräume Abb[M, K].- § 4. Elementare Theorie der Vektorräume.- 1. Vorbemerkung.- 2. Homogene Gleichungen.- 3. Erzeugung von Unterräumen.- 4. Lineare Abhängigkeit.- 5. Der Begriff einer Basis.- 6. Die Dimension eines Vektorraums.- 7. Der Dimensions-Satz.- 8*. Der Basis-Satz für beliebige Vektorraume.- 9*. Ein Glasperlen-Spiel.- § 5. Anwendungen.- 1. Die reellen Zahlen als Vektorraum über Q.- 2. Beispiele.- 3. Der Rang einer Teilmenge.- 4. Anwendung auf lineare Gleichungssysteme.- § 6. Homomorphismen von Vektorräumen.- 1. Einleitung.- 2. Definition und einfachste Eigenschaften.- 3. Kern und Bild.- 4. Die Dimensionsformel für Homomorphismen.- 5. Äquivalenz-Satz fÄr Homomorphismen.- 6. Der Rang eines Homomorphismus.- 7. Anwendung auf homogene lineare Gleichungen.- 8. Beispiele.- 9*. Die Funktionalgleichung f(x + y) = f(x) + f(y).- § 7*. Linearformen und der duale Raum.- 1. Vorbemerkungen.- 2. Definition und Beispiele.- 3. Existenz von Linearformen.- 4. Der Dual-Raum.- 5. Linearformen des Vektorraums der stetigen Funktionen.- § 8*. Direkte Summen und Komplemente.- 1. Summe und direkte Summe.- 2. Komplemente.- 3. Die Dimensionsformel für Summen.- 4. Die Bild-Kern-Zerlegung.- 2. Matrizen.- § 1. Erste Eigenschaften.- 1. Der Begriff einer Matrix.- 2. Über den Vorteil von Doppelindizes.- 3. Mat(m, n; K) als K-Vektorraum.- 4. Das Transponierte einer Matrix.- 5. Spalten- und Zeilenrang.- 6. Elementare Umformungen.- 7. Die Ranggleichung.- 8. Kästchenschreibweise und Rangberechnung.- 9. Zur Geschichte des Rang-Begriffes.- § 2. Matrizenrechnung.- 1. Arthur Cayley oder die Erfindung der Matrizenrechnung.- 2. Produkte von Matrizen.- 3. Produkte von Vektoren.- 4. Homomorphismen zwischen Standard-Raumen.- 5. Erntezeit.- 6. Das Skalarprodukt.- 7*. Rang A ? r.- 8. Kästchenrechnung.- § 3. Algebren.- 1. Einleitung.- 2. Der Begriff einer Algebra.- 3. Invertierbare Elemente.- 4. Ringe.- 5. Beispiele.- § 4. Der Begriff einer Gruppe.- 1. Halbgruppen.- 2. Gruppen.- 3. Untergruppen.- 4. Kommutative Gruppen.- 5. Homomorphismen.- 6. Normalteiler.- 7. Historische Bemerkungen.- § 5. Matrix-Algebren.- 1. Mat(n; K) und GL(n; K).- 2. Der Äquivalenz-Satz für invertierbare Matrizen.- 3. Die Invarianz des Ranges.- 4. Spezielle invertierbare Matrizen.- 5*. Zentralisator und Zentrum.- 6. Die Spur einer Matrix.- 7. Die Algebra Mat(2; K).- § 6. Der Normalformen-Satz.- 1. Elementar-Matrizen.- 2. Zusammenhang mit elementaren Umformungen.- 3. Anwendungen.- 4*. Die Weyr-Frobenius-Ungleichungen.- 5. Aufgaben zum Normalformen-Satz.- 6. Zur Geschichte des Normalformen-Satzes.- § 7. Gleichungssysteme.- 1. Erinnerung an lineare Gleichungen.- 2. Wiederholung von Problemen und Ergebnissen.- 3. Der Fall m = n.- 4. Anwendung des Normalformen-Satzes.- 5. Lösungsverfahren.- 6. Basiswechsel in Vektorräumen.- § 8*. Pseudo-Inverse.- 1. Motivation.- 2. Der Begriff des Pseudo-Inversen.- 3. Ein Kriterium für Gleichungssysteme.- 4. Zerlegung in eine direkte Summe.- 3. Determinant en.- § 1. Erste Ergebnisse über Determinanten.- 1. Eine Motivation.- 2. Determinanten-Funktionen.- 3. Existenz.- 4. Eigenschaften.- 5. Anwendungen auf die Gruppe GL(n; K).- 6. Die Cramerche Regel.- § 2. Das Inverse einer Matrix.- 1. Vorbemerkung.- 2. Die Entwicklungs-Sätze.- 3. Die komplementäre Matrix.- 4. Beschreibung des Inversen.- § 3. Existenzbeweise.- 1. Durch Induktion.- 2. Permutationen.- 3. Die Leibnizsche Formel.- 4. Permutationsmatrizen.- 5. Ein weiterer Existenzbeweis.- § 4. Erste Anwendungen.- 1. Lineare Gleichungssysteme.- 2. Zweidimensionale Geometrie.- 3. Lineare Abhängigkeit.- 4. Rangberechnung.- 5. Die Determinanten-Rekursionsformel.- 6. Das charakteristische Polynom.- 7*. Mehrfache Nullstellen von Polynomen.- 8*. Eine Funktionalgleichung.- 9. Orientierung von Vektorräumen.- § 5. Symmetrische Matrizen.- 1. Einleitung.- 2. Der Vektorraum der symmetrischen Matrizen.- 3. Quadratische Ergänzung.- 4. Die Jacobische Normalform.- 5. Normalformen-Satz.- 6*. Trägheits-Satz.- § 6. Spezielle Matrizen.- 1. Schiefsymmetrische Matrizen.- 2. Die Vandermondesche Determinante.- 3. Bandmatrizen.- 4. Aufgaben.- § 7. Zur Geschichte der Determinanten.- 1. Gottfried Wilhelm LEIBNIZ.- 2. BALTZER’S Lehrbuch.- 3. Die weitere Entwicklung.- B. Analytische Geometrie.- 4. Elementar-Geometrie in der Ebene.- § 1. Grundlagen.- 1. Skalarprodukt, Abstand und Winkel.- 2. Die Abbildung x ? x? 3..- 3. Geraden.- 4. Schnittpunkt zwischen zwei Geraden.- 5. Abstand zwischen Punkt und Gerade.- 6. Fläche eines Dreiecks.- 7. Der Höhenschnittpunkt.- § 2. Die Gruppe O(2).- 1. Drehungen und Spiegelungen.- 2. Orthogonale Matrizen.- 3. Bewegungen.- 4. Ein Beispiel.- 5. Die Hauptachsentransformation fur 2 Matrizen.- 6. Fix-Geraden.- 7. Die beiden Orientierungen der Ebene.- § 3. Geometrische Sätze.- 1. Der Kreis.- 2. Tangente.- 3. Die beiden Sehnensätze.- 4. Der Umkreis eines Dreiecks.- 5. Die Euler-Gerade.- 6. Der Feuerbach-Kreis.- 7. Das Mittendreieck.- 5. Euklidische Vektorräume.- § 1. Positiv definite Bilinearformen.- 1. Symmetrische Bilinearformen.- 2. Beispiele.- 3. Positiv definite Bilinearformen.- 4. Positiv definite Matrizen.- 5. Die Cauchy-Schwrzsche Ungleichung.- 6. Normierte Vektorraume.- § 2. Das Skalarprodukt.- 1. Der Begriff eines euklidischen Vektorraumes.- 2. Winkelmessung.- 3. Orthonormalbasen.- 4. Basisdarstellung.- 5. Orthogonales Komplement und orthogonale Summe.- 6. Linearformen.- § 3. Erste Anwendungen.- 1. Positiv definite Matrizen.- 2. Die adjungierte Abbildung.- 3. Systeme linearer Gleichungen.- 4. Ein Kriterium für gleiche Orientierung.- 5*. Legendre-Polynome.- §4. Geometrie in euklidischen Vektorräumen.- 1. Geraden.- 2. Hyperebenen.- 3. Schnittpunkt von Gerade und Hyperebene.- 4. Abstand von einer Hyperebene.- 5*. Orthogonale Projektion.- 6*. Abstand zweier Unterräume.- 7*. Volumenberechnung.- 8*. Duale Basen.- § 5. Die orthogonale Gruppe.- 1. Bewegungen.- 2. Spiegelungen.- 3. Die Transitivitat von O(V,?) auf Sphären.- 4*. Die Erzeugung von O(V,?) durch Spiegelungen.- 5*. Winkeltreue Abbildungen.- 6. Der ?aun als Euklidischer Vektorraum.- § 1. Der ?n und die orthogonale Gruppe O(n).- 1. Der euklidische Vektorraum ?n.- 2. Orthogonale Matrizen.- 3. Die Gruppe O(n).- 4. Spiegelungen.- 5. Erzeugung von O(n) durch Spiegelungen.- 6*. Drehungen.- 7. Anwendung der Determinanten-Theorie.- 8*. Eine Parameterdarstellung.- 9. Euler, Cauchy, Jacobi Und Cayley.- § 2. Die Hauptachsentransformation.- 1. Problemstellung.- 2. Der Vektorraum der symmetrischen Matrizen.- 3. Positiv semi-definite Matrizen.- 4. Das Minimum einer quadratischen Form.- 5. Satz uber die Hauptachsentransformation.- 6. Eigenwerte.- 7. Eigenräume.- § 3. Anwendungen.- 1. Vorbemerkung.- 2. Positiv definite Matrizen.- 3. Hyperflächen.- 2. Grades.- 4*. Der Quadratwurzel-Satz.- 5*. Polar-Zerlegung.- 6*. Orthogonale Normalform.- 7*. Das Moorw-Penrose-Inverse.- § 4*. Topologische Eigenschaften.- 1. Zusammenhang.- 2. Kompaktheit.- 3. Hauptachsentransformation.- 7. Geometrie im dreidimensionalen Raum.- § 1. Das Vektorprodukt.- 1. Definition und erste Eigenschaften.- 2. Zusammenhang mit Determinanten.- 3. Geometrische Deutung.- 4. Ebenen.- 5. Parallelotope.- 6. Vektorrechnung im Anschauungsraum.- § 2*. Sphärische Geometrie.- 1. Über den Ursprung der Sphärik.- 2. Das sphärische Dreieck.- 3. Das Polardreieck.- 4. Entfernung auf der Erde.- § 3. Die Gruppe O(3).- 1. Beschreibung durch das Vektorprodukt.- 2. Erzeugung durch Drehungen.- 3. Spiegelungen.- 4. Fix-Geraden.- 5. Die Normalform.- 6. Die Drehachse.- 7*. Die Eulersche Formel.- 8*. Drehungen um eine Achse.- § 4. Bewegungen.- 1. Fixpunkte.- 2. Bewegungen mit Fixpunkt.- 3. Schraubungen.- C. Lineare Algebra II.- 8. Polynome und Matrizen.- § 1. Polynome.- 1. Der Vektorraum Pol K.- 2. Pol K als Ring.- 3. Zerfallende Polynome.- 4. Pol K als Hauptidealring.- 5*. Unbestimmte.- § 2. Die komplexen Zahlen.- 1. Der Körper C der komplexen Zahlen.- 2. Konjugation und Betrag.- 3. Der Fundamentalsatz der Algebra.- § 3. Struktursatz für zerfallende Matrizen.- 1. Der Begriff der Diagonalisierbarkeit.- 2. Das charakteristische Polynom.- 3. Äquivalenz-Satz für Eigenwerte.- 4. Nilpotente Matrizen.- 5. Idempotente Matrizen.- 6. Zerfallende Matrizen.- 7. Diagonalisierbarkeits-Kriterium.- 8*. Ein Beispiel zum Struktur-Satz.- 9*. Elementarsymmetrische Funktionen und Potenzsummen.- §4. Die Algebra K[A].- 1. Eine Warnung.- 2. Matrix-Polynome.- 3. Das Minimalpolynom.- 4. Eigenwerte.- 5. Das Rechnen mit Kästchen-Diagonalmatrizen.- 6. Satz von Cayley.- 7. Äquivalenz-Satz für Diagonalisierbarkeit.- 8. Spektralscharen.- 9. Eigenräume.- §5. Die Jordan-Chevalley-Zerlegung.- 1. Existenz-Satz.- 2. Summen von diagonalisierbaren Matrizen.- 3. Die Eindeutigkeit.- 4. Anwendungen.- § 6. Normalformen reeller und komplexer Matrizen.- 1. Normalformen komplexer Matrizen.- 2. Reelle und komplexe Matrizen.- 3*. Hermitesche Matrizen.- 4. Invariante Unterräume.- 5. Die Stufenform.- 6. Der Satz über die Stufenform.- 7. Orthogonale Matrizen.- 8. Schiefsymmetrische Matrizen.- 9*. Normale Matrizen.- § 7*. Der höhere Standpunkt.- 1. Einfache und halbeinfache Algebren.- 2. Kommutative Algebren.- 3. Die Struktursätze.- 4. Die weitere Entwicklung.- 5. Der generische Standpunkt.- 9. Homomorphismen von Vektorräumen.- § 1. Der Vektorraum Hom(V, V?).- 1. Der Vektorraum Abb(M, V?).- 2. Hom(V, V?) als Unterraum von Abb(V, V?).- 3. Mat(m, n; K) als Beispiel.- 4. Verknüpfungen von Hom(V, V?) und Hom(V?, V?).- § 2. Beschreibung der Homomorphismen im endlich-dimensionalen Fall.- 1. Isomorphic mit Standard-Räumen.- 2. Darstellung der Homomorphismen.- 3. Basiswechsel.- 4. Die Algebra End V.- 5. Diagonalisierbarkeit.- 6. Die Linksmultiplikation in Mat(n; K).- 7. Polynome.- § 3. Euklische Vektorräume.- 1. Der Satz über die Hauptachsentransformation.- 2. Spiegelungen.- 3*. Unitäre Vektorräume.- § 4. Der Quotientenraum.- 1. Einleitung.- 2. Nebenklassen.- 3. Der Satz über den Quotientenraum.- 4. Der Satz über den kanonischen Epimorphismus.- 5. Kanonische Faktorisierung.- 6. Anwendungen.- 7. Beispiele.- § 5*. Nilpotente Endomorphismen.- 1. Problemstellung.- 2. Zyklische Unterräume.- 3. Der Struktur-Satz.- 4. Nilzyklische Matrizen.- 5. Die Normalform.- 6. Satz von der JoRDANSchen Normalform.- 7. Anwendungen auf Differentialgleichungen.- Literatur.- Namenverzeichnis.

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Der vorliegende Band wurde für die Neuauflage von Aloys Krieg, einem Schüler von Herrn Koecher, ergänzt und aktualisiert. Wichtigste Ergänzungen sind der Spektralsatz für selbstadjungierte Endomorphismen in euklidischen und unitären Räumen sowie die Anwendung der Jordanschen Normalform auf Differentialgleichungen. Auch sind neue Übungsaufgaben hinzugekommen.

Aus den Rezensionen: "... ein erfreulicher Lichtblick. Ohne die klare theoretische Linie zu verwirren, versteht der Autor Querverbindungen zur Geometrie, Algebra, Zahlentheorie und (Funktional-) Analysis immer wieder aufzuhellen. Zwischenkommentare helfen dabei ebenso wie die eingehenden historischen Notizen und Einschübe, insbesondere über Graßmann, Hamilton und Cayley sowie die Geschichte der Determinanten. Besondere Kapitel über die Elementargeometrie der Ebene des Raumes kommen endlich einmal auch auf nichttriviale Sätze zu sprechen; Feuerbachkreis und Euler-Gerade, Spiegelungspunkte und Sphärik. ... Studenten und Dozenten kann dieses Buch wärmstens empfohlen werden." Zentralblatt für Mathematik