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Kurs:Lineare Algebra/Teil II/5/Klausur/latex

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%Daten zur Institution

%\input{Dozentdaten}

%\renewcommand{\fachbereich}{Fachbereich}

%\renewcommand{\dozent}{Prof. Dr. . }

%Klausurdaten

\renewcommand{\klausurgebiet}{ }

\renewcommand{\klausurtyp}{ }

\renewcommand{\klausurdatum}{ . 20}

\klausurvorspann {\fachbereich} {\klausurdatum} {\dozent} {\klausurgebiet} {\klausurtyp}

%Daten für folgende Punktetabelle


\renewcommand{\aeins}{ 3 }

\renewcommand{\azwei}{ 3 }

\renewcommand{\adrei}{ 4 }

\renewcommand{\avier}{ 2 }

\renewcommand{\afuenf}{ 4 }

\renewcommand{\asechs}{ 8 }

\renewcommand{\asieben}{ 3 }

\renewcommand{\aacht}{ 3 }

\renewcommand{\aneun}{ 4 }

\renewcommand{\azehn}{ 4 }

\renewcommand{\aelf}{ 3 }

\renewcommand{\azwoelf}{ 2 }

\renewcommand{\adreizehn}{ 5 }

\renewcommand{\avierzehn}{ 1 }

\renewcommand{\afuenfzehn}{ 10 }

\renewcommand{\asechzehn}{ 2 }

\renewcommand{\asiebzehn}{ 3 }

\renewcommand{\aachtzehn}{ 64 }

\renewcommand{\aneunzehn}{ }

\renewcommand{\azwanzig}{ }

\renewcommand{\aeinundzwanzig}{ }

\renewcommand{\azweiundzwanzig}{ }

\renewcommand{\adreiundzwanzig}{ }

\renewcommand{\avierundzwanzig}{ }

\renewcommand{\afuenfundzwanzig}{ }

\renewcommand{\asechsundzwanzig}{ }

\punktetabellesiebzehn

\klausurnote

\newpage


\setcounter{section}{0}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Definiere die folgenden \zusatzklammer {kursiv gedruckten} {} {} Begriffe. \aufzaehlungsechs{Ein \stichwort {euklidischer} {} \definitionsverweis {Vektorraum}{}{.}

}{Eine \stichwort {Kathete} {} in einem rechtwinkligen Dreieck.

}{Eine \stichwort {zyklische} {} Gruppe $G$.

}{Eine \stichwort {Äquivalenzrelation} {} $\sim$ auf einer Menge $M$.

}{Der \stichwort {Spektralradius} {} zu einem Endomorphismus \maabbdisp {\varphi} {V} {V } {} auf einem endlichdimensionalen ${\mathbb K}$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} $V$.

}{Die aus einer $K$-\definitionsverweis {linearen Abbildung}{}{} \maabbdisp {\varphi} {V} {W } {} \stichwort {durch einen Körperwechsel} {}
\mathl{K \subseteq L}{} \stichwort {gewonnene} {} $L$-lineare Abbildung. }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Formuliere die folgenden Sätze. \aufzaehlungdrei{Der Satz über die Charakterisierung von reellen Isometrien mit Matrizen.}{Der Satz über die \zusatzklammer {Norm} {} {-}Charakterisierung für normale Endomorphismen.}{Der Satz über Basen in einem Dachprodukt.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4 (1+1+1+1)}
{

Es seien \mathkor {} {P=\left( \frac{3}{4} , \, -1 \right)} {und} {Q= \left( 2 , \, \frac{1}{5} \right)} {} zwei Punkte im $\R^2$. Bestimme den Abstand zwischen diesen beiden Punkten in

a) der euklidischen Metrik,

b) der Summenmetrik,

c) der Maximumsmetrik.

d) Vergleiche diese verschiedenen Abstände der Größe nach.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{2}
{

Es seien
\mathl{u,v \in V}{} von $0$ verschiedene Vektoren in einem reellen Vektorraum $V$ mit \definitionsverweis {Skalarprodukt}{}{.} Zeige, dass der Winkel zu \mathkor {} {u} {und} {v} {} mit dem Winkel zu \mathkor {} {su} {und} {tv} {} übereinstimmt, wobei $s,t$ positive reelle Zahlen sind.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Beweise den Satz des Thales.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{8}
{

Beweise das Minorenkriterium für den Typ einer symmetrischen Bilinearform.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Zeige, dass es eine \definitionsverweis {Bilinearform}{}{}
\mathl{\left\langle - , - \right\rangle}{} auf einem Vektorraum $V$ geben kann, die nicht die \definitionsverweis {Nullform}{}{} ist, für die aber
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \left\langle v , v \right\rangle }
{ =} {0 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} für alle
\mathl{v \in V}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Es sei $V$ ein \definitionsverweis {endlichdimensionaler}{}{} ${\mathbb K}$-\definitionsverweis {Vektorraum}{}{} mit \definitionsverweis {Skalarprodukt}{}{}
\mathl{\left\langle - , - \right\rangle}{} und sei \maabbdisp {\varphi} {V} {V } {} ein \definitionsverweis {normaler Endomorphismus}{}{.} Zeige
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ \operatorname{kern} \varphi }
{ =} { \operatorname{kern} \hat{ \varphi } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{.}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Die Kugeloberfläche $K$ wird im $\R^3$ als Nullstellenmenge der quadratischen Gleichung
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{ x^2+y^2+z^2 }
{ =} { 1 }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} beschrieben. Wir betrachten die lineare Abbildung \maabbdisp {\varphi} {\R^3} {\R^3 } {,} die bezüglich der Standardbasen durch die Matrix
\mathdisp {\begin{pmatrix} 2 & 0 & 0 \\ 0 & 3 & 0 \\0 & 0 & -1 \end{pmatrix}} { }
beschrieben werde. Durch welche quadratische Form kann das Bild
\mathl{\varphi(K)}{} beschrieben werden? Wie nennt man das geometrische Gebilde
\mathl{\varphi(K)}{?}

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{4}
{

Es sei $G$ eine \definitionsverweis {Gruppe}{}{.} Betrachte die \definitionsverweis {Relation}{}{} $\sim$ auf $G$, die durch
\mathdisp {x \sim y \text{ genau dann, wenn } x =y \text{ oder } x = y^{-1}} { }
erklärt ist. Zeige, dass $\sim$ eine \definitionsverweis {Äquivalenzrelation}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Es seien \mathkor {} {G} {und} {H} {} \definitionsverweis {Gruppen}{}{} und sei \maabbdisp {\varphi} {G} {H } {} ein \definitionsverweis {Gruppenhomomorphismus}{}{.} Zeige, dass das Urbild
\mathl{\varphi^{-1}(N)}{} eines \definitionsverweis {Normalteilers}{}{}
\mathl{N \subseteq H}{} ein Normalteiler in $G$ ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{2}
{

Bestimme, ob die beiden \definitionsverweis {Basen}{}{} des $\R^2$,
\mathdisp {\begin{pmatrix} 1 \\-4 \end{pmatrix} ,\, \begin{pmatrix} 3 \\-2 \end{pmatrix} \text{ und } \begin{pmatrix} 6 \\-5 \end{pmatrix} ,\, \begin{pmatrix} -5 \\4 \end{pmatrix}} { , }
die gleiche \definitionsverweis {Orientierung}{}{} repräsentieren oder nicht.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{5 (1+1+1+1+1)}
{

Wir betrachten im $\R^3$ den Würfel, dessen Ecken die Punkte
\mathl{\begin{pmatrix} \pm 1 \\ \pm 1 \\ \pm 1 \end{pmatrix}}{} sind. \aufzaehlungfuenf{Man gebe eine Matrixbeschreibung $M$ bezüglich der Standardbasis, die die Drehung des Würfels um die Raumdiagonale \zusatzklammer {also die Gerade durch den Punkt
\mathl{\begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ 1 \end{pmatrix}}{}} {} {} beschreibt, die den Eckpunkt
\mathl{\begin{pmatrix} 1 \\ 1 \\ - 1 \end{pmatrix}}{} in den Eckpunkt
\mathl{\begin{pmatrix} 1 \\- 1 \\ 1 \end{pmatrix}}{} überführt. }{Man gebe eine Matrixbeschreibung $N$ bezüglich der Standardbasis, die die Drehung des Würfels um $180$ Grad um die \zusatzklammer {ebene} {} {} Diagonale der $x-y$-Ebene beschreibt. }{Berechne
\mathl{M\circ N}{} und bestimme die Drehachse. }{Berechne
\mathl{N\circ M}{} und bestimme die Drehachse. }{Bestimme die Determinante von
\mathl{M,N, M\circ N}{} und
\mathl{N\circ M}{.} }

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{1}
{






\bild{ \begin{center}
\includegraphics[width=5.5cm]{\bildeinlesung {Digraph example.svg} }
\end{center}
\bildtext {} }

\bildlizenz { Digraph example.svg } {} {MasterMatt} {Commons} {gemeinfrei} {}

Erstelle die \definitionsverweis {Adjazenzmatrix}{}{} zum gerichteten Graphen rechts.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{10}
{

Beweise den Charakterisierungssatz für asymptotisch stabile Endomorphismen.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{2}
{

Drücke das \definitionsverweis {Dachprodukt}{}{}
\mathl{\begin{pmatrix} 4 \\-1\\ 2 \end{pmatrix} \wedge \begin{pmatrix} 3 \\5\\ -6 \end{pmatrix}}{} in der Standardbasis von
\mathl{\bigwedge^2 \R^3}{} aus.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{3}
{

Es sei $V$ ein \definitionsverweis {Vektorraum}{}{} über dem \definitionsverweis {Körper}{}{} $K$ und \maabbdisp {\varphi} {V} {V } {} ein \definitionsverweis {Endomorphismus}{}{.} Es sei \maabbdisp {\bigwedge^m \varphi} {\bigwedge^m V } { \bigwedge^m V } {} das $m$-te \definitionsverweis {Dachprodukt}{}{} von $\varphi$. Es seien
\mathl{v_1 , \ldots , v_m}{} \definitionsverweis {linear unabhängige}{}{} \definitionsverweis {Eigenvektoren}{}{} zu $\varphi$ zu den \definitionsverweis {Eigenwerten}{}{}
\mathl{a_1 , \ldots , a_m}{.} Zeige, dass
\mathl{a_1 \cdots a_m}{} ein Eigenwert von $\bigwedge^m \varphi$ ist.

}
{} {}