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Aufgabe:

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Text erkannt:

Es sei \( V \) ein \( \mathbb{R} \)-Vektorraum mit Basis \( b=\left(v_{1}, \ldots, v_{4}\right), W \) sei ein \( \mathbb{R} \) Vektorraum mit Basis \( c=\left(w_{1}, \ldots, w_{5}\right) \). Sei \( f: V \rightarrow W \) die lineare Abbildung mit
\( M(f, b, c)=\left(\begin{array}{cccc} 3 & 1 & -2 & 2 \\ -2 & -2 & 7 & -3 \\ 4 & 0 & 3 & 1 \\ 1 & 3 & 12 & 4 \\ 0 & 4 & -17 & 5 \end{array}\right) \)
Schließlich seien \( b^{\prime}=\left(v_{1}^{\prime}, \ldots, v_{4}^{\prime}\right) \) mit \( v_{1}^{\prime}=v_{1}+v_{2}, v_{2}^{\prime}=v_{2}+v_{3}, v_{3}^{\prime}=v_{3}+v_{4}, v_{4}^{\prime}=v_{4} \) und \( c^{\prime}=\left(w_{1}^{\prime}, \ldots, w_{5}^{\prime}\right) \) mit \( w_{1}^{\prime}=w_{1}, w_{2}^{\prime}=w_{1}+w_{2}, w_{3}^{\prime}=-w_{1}+w_{3}, w_{4}^{\prime}=w_{1}+w_{4}, w_{5}^{\prime}=w_{1}+w_{5} \).
(i) Zeigen Sie, dass \( b^{\prime} \) eine Basis von \( V \) und \( c^{\prime} \) eine Basis von \( w \) ist.
(ii) Berechnen Sie \( M\left(f, b, c^{\prime}\right), M\left(f, b^{\prime}, c\right) \) und \( M\left(f, b^{\prime}, c^{\prime}\right) \).



Problem/Ansatz:

Kann mir jemand sagen, wie ich das beweise und berechnen muss? Diese zusätzlichen Angaben verwirren mich

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Beste Antwort

Aloha :)

Willkommen in der Mathelounge... \o/

Wir kennen die Koordinatendarstellung der Basis \(b'\) bezüglich der Basis \(b\):$$v'_1=v_1+v_2\implies\begin{pmatrix}1\\0\\0\\0\end{pmatrix}_{\!\large b'}=\begin{pmatrix}1\\1\\0\\0\end{pmatrix}_{\!\large b}\quad;\quad v'_2=v_2+v_3\implies\begin{pmatrix}0\\1\\0\\0\end{pmatrix}_{\!\large b'}=\begin{pmatrix}0\\1\\1\\0\end{pmatrix}_{\!\large b}$$$$v'_3=v_3+v_4\implies\begin{pmatrix}0\\0\\1\\0\end{pmatrix}_{\!\large b'}=\begin{pmatrix}0\\0\\1\\1\end{pmatrix}_{\!\large b}\quad;\quad v'_4=v_4\implies\begin{pmatrix}0\\0\\0\\1\end{pmatrix}_{\!\large b'}=\begin{pmatrix}0\\0\\0\\1\end{pmatrix}_{\!\large b}$$Damit kennen wir auch die Basiswechselmatrix von \(b'\) nach \(b\):$$\mathrm{id}(b',b)=\begin{pmatrix}1 & 0 & 0 & 0\\1 & 1 & 0 & 0\\0 & 1 & 1 & 0\\0 & 0 & 1 & 1\end{pmatrix}$$

Auf analoge Weise können wir die Basiswechselmatrix von \(c'\) nach \(c\) angeben:$$\mathrm{id}(c',c)=\begin{pmatrix}1 & 1 & -1 & 1 & 1\\0 & 1 & 0 & 0 & 0\\0 & 0 & 1 & 0 & 0\\0 & 0 & 0 & 1 & 0\\0 & 0 & 0 & 0 & 1\end{pmatrix}$$

Die Determinanten beider Basisweschsel-Matrizen sind \(=1\), daher lässen sich die Transformationen von \(b'\) nach \(b\) bzw. von \(c'\) nach \(c\) eindeutig umkehren, sodass auch \(b'\) und \(c'\) Basen ihres jeweiligen Vektorraums sind.

Die gesuchten Abbildungsmatrizen kannst du nun leicht berechnent:$$M(f,b,c')=\mathrm{id}(c,\red {c'})\cdot M(f,b,\red c)=\left(\mathrm{id}(c',c)\right)^{-1}\cdot M(f,b,c)$$$$M(f,b',c)=M(f,\green{b},c)\cdot\mathrm{id}(\green{b'},b)$$$$M(f,b',c')=M(f,\green b,c')\cdot\mathrm{id}(\green{b'},b)$$

Den Spaß am Ausrechnen dieser Matrix-Produkte möchte ich dir nicht nehmen. Achte darauf, dass für die letzte Rechnung nicht die Matrix \(M(f,b,c)\) aus der Aufgabenstellung herangezogen wurde, sondern die Ergebnis-Matrix \(M(f,b,c')\) des ersten Basiswechsels.

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Vielen dank, das ist wirklich sehr schön verständlich.

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\( b^{\prime}=\left(v_{1}^{\prime}, \ldots, v_{4}^{\prime}\right) \) ist eine Basis genau

dann, wenn die v' linear unabhängig sind; denn es sind ja 4 Stück.

Mache dazu den Ansatz:

\( a \cdot v_{1}^{\prime} +b \cdot v_2  +c \cdot v_3 +d \cdot v_4 = 0 \)

und setzte für die v '  jeweils das gegebene ein und ordne dann neu

nach den ursprünglichen v. Deren Koeffizienten sind 0, weil die v linear

unabhängig sind. Folgere daraus a=b=c=d=0 und du hast:

Die v' sind linear unabhängig.

Entsprechend mit den w.

Für die Matrizen in ii) beachte https://de.wikipedia.org/wiki/Basiswechsel_(Vektorraum)#Basiswechsel_bei_Abbildungsmatrizen

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Könntest du (jemand)  das für v oder w mal ausschreiben?

Den Wikipedia Atrikel habe ich schon gelesen, im Übrigen weiß ich was eine basiswechselmatix ist, nur sind für c´ und b´ keine zahlen gegeben weshalb ich keine zusammenhang herstellen kann

\( v_{1}^{\prime}=v_{1}+v_{2}, v_{2}^{\prime}=v_{2}+v_{3}, v_{3}^{\prime}=v_{3}+v_{4}, v_{4}^{\prime}=v_{4} \)

Ergibt doch für den Wechsel von b nach b '  die Matrix:


\(\left(\begin{array}{cccc} 1 & 0 & 0 & 0 \\ 1 & 1& 0 & 0\\ 0 & 1 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 1 \end{array}\right) \)  und bei w entsprechend.

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