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Seien \(V\), \(W\) endlich-dimensionale \(K\)-Vektorräume mit \(\dim V = \dim W\). Ferner sei \(f\colon V\rightarrow W\) eine lineare Abbildung. Dann sind äquivalent:
\(f\) ist ein Isomorphismus,
\(f\) ist injektiv,
\(f\) ist surjektiv. Wir schreiben \(d = \dim (V) = \dim (W)\), \(d^\prime = \dim \operatorname{Ker}(f)\) und \(d^{\prime \prime} = \dim \operatorname{Im}(f)\). Kern und Bild einer linearen Abbildung. Dann gilt \(0\le d^\prime, d^{\prime \prime} \le d\) und die Dimensionsformel besagt \(d^\prime + d^{\prime \prime} = d\). Daraus folgt die Äquivalenz
\[ d^\prime =0\ \text{und}\ d^{\prime \prime} = d \quad \Longleftrightarrow \quad d^\prime = 0\quad \Longleftrightarrow \quad d^{\prime \prime} = d. \]
Das Korollar folgt nun daraus, dass \(d^\prime =0\) gleichbedeutend damit ist, dass \(\operatorname{Ker}(f)=0\), also dass \(f\) injektiv ist, und dass \(d^{\prime \prime}=d\) bedeutet, dass \(\operatorname{Im}(f) = W\), also dass \(f\) surjektiv ist. Beachten Sie die Analogie zu Satz 3. 64 der besagt, dass eine Abbildung zwischen endlichen Mengen mit gleich vielen Elementen genau dann injektiv ist, wenn sie surjektiv ist.
Lineare Abbildung Kern Und Bild 1
Aufgabe: Im Vektorraum \( \mathbb{R}^{3} \) seien die Vektoren \( v_{1}=\left(\begin{array}{l}0 \\ 1 \\ 0\end{array}\right), v_{2}=\left(\begin{array}{l}0 \\ 0 \\ 1\end{array}\right), v_{3}=\left(\begin{array}{l}2 \\ 1 \\ 1\end{array}\right) \) und \( w_{1}=\left(\begin{array}{r}-1 \\ 1 \\ 2\end{array}\right), w_{2}=\left(\begin{array}{r}1 \\ 0 \\ -1\end{array}\right), w_{3}=\left(\begin{array}{r}4 \\ 1 \\ -3\end{array}\right) \) gegeben. a) Zeigen Sie, dass es genau eine lineare Abbildung \( \Phi: \mathbb{R}^{3} \rightarrow \mathbb{R}^{3} \) gibt mit \( \Phi\left(v_{i}\right)=w_{i} \) für \( i=1, 2, 3 \). b) Bestimmen Sie Kern \( \Phi \), Bild \( \Phi \) und deren Dimensionen. c) Zeigen Sie, dass \( \Phi \circ \Phi=\Phi \) ist. Lineare abbildung kern und bild 1. Problem/Ansatz: War leider nicht so meine Aufgabe. Habe nach langer Bedenkzeit immer noch nichts raus.
Lineare Abbildung Kern Und Bill Pay
Sei \(U\subseteq V\) ein Komplementärraum von \(\operatorname{Ker}(f)\). Wir bezeichnen die Einschränkung von \(f\) auf \(U\) mit \(f_{|U}\). Ihr Bild liegt natürlich in \(\operatorname{Im}(f)\). Wir zeigen gleich, dass \(f_{|U}\colon U \to \operatorname{Im}(f)\) ein Isomorphismus ist. Daraus folgt jedenfalls der Satz, denn es folgt \(\dim (U) = \dim \operatorname{Im}(f)\) und damit \(\dim V = \dim \operatorname{Ker}(f) + \dim U = \dim \operatorname{Ker}(f) + \dim \operatorname{Im}(f)\) (benutze Satz 6. 46 oder Korollar 6. 54 und Lemma 7. 11). Um zu zeigen, dass \(f_{|U}\colon U \to \operatorname{Im}(f)\) ein Isomorphismus ist, zeigen wir die Injektivität und die Surjektivität. Lineare abbildung kern und bild der. Injektivität. Ist \(u\in U\), \(f_{|U}(u) = 0\), so gilt \(u\in U\cap \operatorname{Ker}(f) = 0\), also \(u=0\). Surjektivität. Sei \(w\in \operatorname{Im}(f)\). Dann existiert \(v\in V\) mit \(f(v)=w\). Wir schreiben \(v = v^\prime + u\) mit \(v^\prime \in \operatorname{Ker}(f)\), \(u\in U\) und erhalten
\[ f_{|U}(u) = f(v-v^\prime) = f(v) - f(v^\prime) = w. \]
Korollar
7.
Wir skizzieren noch einen etwas anderen Beweis des Korollars, der direkt Theorem 6. 43 und das folgende einfache Lemma benutzt. 7. 25
Sei \(f\colon V\to W\) ein Vektorraum-Homomorphismus. Seien \(v_1, \dots, v_n\in V\) linear unabhängig. Wir schreiben \(w_i:= f(v_i)\). Kern und Bild einer linearen Abbildung - YouTube. Dann sind äquivalent:
Die Abbildung \(f\) ist injektiv. Die Familie \(w_1, \dots, w_n\) ist linear unabhängig. Sei nun \(f\colon V\to W\) wie im Korollar ein Homomorphismus zwischen Vektorräumen derselben Dimension \(n\), und sei \(v_1, \dots, v_n\) eine Basis. Ist \(f\) injektiv, so sind die Bilder \(f(v_i)\) nach dem Lemma ebenfalls linear unabhängig, bilden also nach Theorem 6. 43 eine Basis. Damit enthält \(\operatorname{Im}(f)\) ein Erzeugendensystem, \(f\) ist folglich surjektiv. Ist andererseits \(f\) surjektiv, so bilden die \(f(v_i)\), die offenbar das Bild von \(f\) erzeugen, ein Erzeugendensystem von \(W\), das aus \(\dim (W)\) Elementen besteht, also eine Basis. Nach dem Lemma ist \(f\) injektiv. Für Abbildungen der Form \(\mathbf f_A\) für eine Matrix \(A\) folgt der Satz auch unmittelbar aus Korollar 5.