Kurs:Lineare Algebra (Osnabrück 2017-2018)/Teil II/Arbeitsblatt 45

Aus Wikiversity
Zur Navigation springen Zur Suche springen



Übungsaufgaben

Aufgabe

Bestimme, ob die durch die Relationstabelle

A B C
A x x
B x x
C x x x

beschriebene Relation auf der Menge reflexiv, symmetrisch, transitiv, antisymmetrisch ist.


Aufgabe *

Es sei eine Menge mit Elementen. Bestimme die Anzahl der Relationen auf , die

  1. reflexiv
  2. symmetrisch
  3. reflexiv und symmetrisch

sind.


Aufgabe

Auf den ganzen Zahlen lebe eine Kolonie von Flöhen, und jeder Flohsprung geht fünf Einheiten weit (in beide Richtungen). Wie viele Flohpopulationen gibt es? Wie kann man einfach charakterisieren, ob zwei Flöhe zur gleichen Population gehören oder nicht?


Aufgabe

ModernChartresStyleLabyrinth.svg

Wir betrachten auf dem weißen Teil des angegebenen Labyrinths die Äquivalenzrelation, die dadurch festgelegt ist, dass zwei Punkte als äquivalent gelten, wenn man durch eine stetige Bewegung (also ohne Sprünge) von einem Punkt zum anderen Punkt gelangen kann. Zeige, dass ein Punkt außerhalb des äußeren Kreises und ein Punkt des inneren Kreises zueinander äquivalent sind.


Aufgabe

Sei ein Blatt Papier (oder ein Taschentuch). Man versuche, sich die folgenden Äquivalenzrelationen auf und die zugehörige Identifizierungsabbildungen vorzustellen (möglichst geometrisch).

  1. Die vier Eckpunkte sind untereinander äquivalent, ansonsten sind die Punkte nur zu sich selbst äquivalent.
  2. Alle Randpunkte sind untereinander äquivalent, ansonsten sind die Punkte nur zu sich selbst äquivalent.
  3. Jeder Punkt des linken Randes ist äquivalent zu seinem horizontal gegenüber liegenden Punkt am rechten Rand, ansonsten sind die Punkte nur zu sich selbst äquivalent.
  4. Jeder Punkt des linken Randes ist äquivalent zu seinem horizontal gegenüber liegenden Punkt am rechten Rand und jeder Punkt des oberen Randes ist äquivalent zu seinem vertikal gegenüber liegenden Punkt, ansonsten sind die Punkte nur zu sich selbst äquivalent.
  5. Jeder Punkt des Randes ist äquivalent zu seinem punktsymmetrisch (bezüglich des Mittelpunktes des Blattes) gegenüber liegenden Punkt, ansonsten sind die Punkte nur zu sich selbst äquivalent.
  6. Sei ein Kreis (d.h. eine Kreislinie) auf dem Blatt. Alle Kreispunkte seien untereinander äquivalent, ansonsten sind die Punkte nur zu sich selbst äquivalent.
  7. Es gebe zwei Punkte , die untereinander äquivalent seien, ansonsten sind die Punkte nur zu sich selbst äquivalent.
  8. Sei die horizontale Halbierungsgerade des Blattes. Zwei Punkte sind genau dann äquivalent, wenn sie achsensymmetrisch zu sind.


Aufgabe

Wir betrachten auf der Menge aller höheren Säugetiere die Äquivalenzrelationen, die durch „gehören zur gleichen Gattung“, „gehören zur gleichen Familie“, „gehören zur gleichen Art“, „gehören zur gleichen Klasse“, „gehören zur gleichen Ordnung“ gegeben sind. Welche Äquivalenzrelation ist eine Verfeinerung von welcher Äquivalenzrelation? Man gebe für je zwei dieser Äquivalenzrelationen Tiere an, die bezüglich der einen Relation äquivalent sind, aber nicht bezüglich der anderen. Wie viele Äquivalenzklassen besitzt die Äquivalenzrelation zur Ordnung?


Aufgabe

Es sei die Menge der Menschen und die Verwandtschaftsrelation darauf, die wir großzügig als transitiv interpretieren. Wie viele Äquivalenzklassen gibt es?


Aufgabe

Wir betrachten die Produktmenge . Wir fixieren die Sprünge

und sagen, dass zwei Punkte äquivalent sind, wenn man ausgehend von den Punkt mit einer Folge von diesen Sprüngen aus erreichen kann (und dabei in bleibt). Dies ist eine Äquivalenzrelation. Man bestimme die Äquivalenzklassen dieser Äquivalenzrelation und für jede Äquivalenzklasse genau einen besonders einfachen Vertreter. Man gebe auch einen Algorithmus an, der zu einem diesen äquivalenten Vertreter findet.


Aufgabe

Seien und Mengen und sei eine Abbildung. Es sei eine Äquivalenzrelation auf . Zeige, dass durch , falls gilt, eine Äquivalenzrelation auf definiert wird.


Aufgabe *

Sei eine Gruppe. Betrachte die Relation auf , die durch

erklärt ist. Zeige, dass eine Äquivalenzrelation ist.


Aufgabe

Es sei ein Körper und ein -Vektorraum. Zeige, dass die Relation auf , die durch

eine Äquivalenzrelation ist. Was sind die Äquivalenzklassen?


Aufgabe

Wir fassen ein Dreieck als ein Dreiertupel im auf. Zeige, dass die Kongruenz von Dreiecken eine Äquivalenzrelation ist.


Aufgabe

Es sei ein Körper und . Wir betrachten die folgende Relation auf .

Zeige, dass eine Äquivalenzrelation ist.


Aufgabe

Wir betrachten die Relation auf der Menge der quadratischen -Matrizen, bei der Matrizen und als äquivalent angesehen werden, wenn es Elementarmatrizen mit gibt. Zeige, dass dies eine Äquivalenzrelation ist.


Aufgabe

Es sei ein Körper und ein -Vektorraum und . Betrachte auf der Produktmenge die folgende Relation.

Zeige, dass dies eine Äquivalenzrelation ist. Man gebe eine Bijektion zwischen der zugehörigen Quotientenmenge und der Menge der Unterräume von der Dimension an. Zeige ferner, dass zwei Tupel und genau dann in dieser Relation zueinander stehen, wenn es eine invertierbare -Matrix

gibt mit
für alle .


Aufgabe

Wir betrachten auf der Mengen der linearen Abbildungen die Relation , bei der genau dann gilt, wenn es Basen und mit gibt. Zeige, dass dies eine Äquivalenzrelation ist. Wie kann man den Satz über die jordansche Normalform im Kontext von Äquivalenzrelationen interpretieren?


Aufgabe *

Wir betrachten auf die Relation , die durch

festgelegt ist, falls eine Potenz von und eine Potenz von teilt.

  1. Zeige, dass eine Äquivalenzrelation ist.
  2. Bestimme, welche der folgenden Elemente zueinander äquivalent sind, welche nicht.
  3. Es sei die Quotientenmenge zu dieser Äquivalenzrelation und es sei die Menge der Primzahlen mit der Potenzmenge . Zeige, dass es eine natürliche Abbildung

    gibt, die zu einer injektiven Abbildung

    führt. Ist surjektiv?

  4. Wie sieht ein besonders einfaches Repräsentantensystem für die Äquivalenzrelation aus?


Aufgabe *

Es sei die Menge der zweimal stetig differenzierbaren Funktionen von nach . Definiere auf eine Relation durch

a) Zeige, dass dies eine Äquivalenzrelation ist.

b) Finde für jede Äquivalenzklasse dieser Äquivalenzrelation einen polynomialen Vertreter.

c) Zeige, dass diese Äquivalenzrelation mit der Addition von Funktionen verträglich ist.

d) Zeige, dass diese Äquivalenzrelation nicht mit der Multiplikation von Funktionen verträglich ist.


Aufgabe

Sei ein Intervall und betrachte die Menge . Für definieren wir

Liegt eine Äquivalenzrelation vor? Wenn ja, beschreibe die Äquivalenzklassen.


Aufgabe

Es sei ein Körper und sei

die Menge der Abbildungen von nach . Wir betrachten die Relation auf , die durch , falls es ein mit

für alle gibt. Zeige, dass es sich dabei um eine Äquivalenzrelation handelt.


Aufgabe *

Es sei ein Körper und der Polynomring in der einen Variablen über . Zu einem Polynom und einer Linearform

mit bezeichnet

das Polynom, das entsteht, wenn man jedes Vorkommen von in durch ersetzt. Dieser Einsetzungsprozess ist mit der Addition und der Multiplikation von Polynomen verträglich. Wir betrachten die Relation auf , die durch

falls es eine Linearform  mit mit

gibt.

  1. Berechne
  2. Zeige, dass durch eine Äquivalenzrelation gegeben ist.
  3. Es sei . Zeige, dass jedes Polynom einen Repräsentanten mit

    besitzt.

  4. Es sei . Zeige, dass jedes Polynom einen normierten Repräsentanten besitzt.
  5. Zeige, dass die Anzahl der Nullstellen eines Polynoms nur von der Äquivalenzklasse abhängt.


Aufgabe

Zeige, dass die auf in Beispiel 45.19 eingeführte Relation

eine Äquivalenzrelation ist.


Aufgabe

Zeige, dass die auf in Beispiel 45.19 eingeführte Addition und Multiplikation wohldefiniert sind.


Die folgende Aufgabe beschreibt die Konstruktion von aus mit Hilfe von Äquivalenzklassen und Quotientenmengen.

Aufgabe *

Betrachte auf die Relation

a) Zeige, dass eine Äquivalenzrelation ist.

b) Zeige, dass es zu jedem ein äquivalentes Paar mit gibt.

c) Es sei die Menge der Äquivalenzklassen dieser Äquivalenzrelation. Wir definieren eine Abbildung

Zeige, dass injektiv ist.

d) Definiere auf (aus Teil c) eine Verknüpfung derart, dass mit dieser Verknüpfung und mit als neutralem Element eine Gruppe wird, und dass für die Abbildung die Beziehung

für alle gilt.


Aufgabe

Es sei eine Produktmenge. Zeige, dass die Gleichheit in der ersten Komponente eine Äquivalenzrelation auf ist. Zeige, dass man jede Äquivalenzklasse mit und die Quotientenmenge mit identifizieren kann.

Aufgabe

Es seien und Mengen und sei eine Äquivalenzrelation auf und sei eine Äquivalenzrelation auf . Betrachte die Relation auf der Produktmenge , die durch

definiert ist. Zeige, dass eine Äquivalenzrelation ist.

Zeige ferner, dass auf die durch

definierte Relation keine Äquivalenzrelation ist.


Aufgabe

Es sei eine Menge und . Dann heißt eine Partition von , falls die folgenden Bedingungen erfüllt sind.

  1. Für alle gilt .
  2. Für , , gilt .
  3. Die Elemente von bilden eine Überdeckung von , d.h. jedes Element von liegt in mindestens einem Element von .

Beweise, dass die Quotientenmenge zu einer Äquivalenzrelation eine Partition der Menge ist.


Aufgabe

Sei eine Menge und eine Partition. Zeige, dass durch

eine Äquivalenzrelation auf induziert. Berechne diese Relation für die Partition der Menge .


Aufgabe

Es sei eine Menge und eine Familie von Äquivalenzrelationen auf . Zeige, dass durch den Durchschnitt wieder eine Äquivalenzrelation auf definiert ist. Gilt dies auch für ?




Aufgaben zum Abgeben

Aufgabe (2 Punkte)

Bestimme, ob die durch die Relationstabelle

beschriebene Relation auf der Menge reflexiv, symmetrisch, transitiv, antisymmetrisch ist.


TwoTone.svg


Aufgabe (2 Punkte)

Betrachte die Schachfiguren Turm, Läufer, Pferd und Esel zusammen mit ihren erlaubten Zügen auf einem -Schachbrett. Ein Esel darf dabei pro Zug einen Doppelschritt nach vorne, nach hinten, nach rechts oder nach links machen. Jede dieser Figuren definiert eine Äquivalenzrelation auf den Feldern, indem zwei Felder als äquivalent angesehen werden, wenn das eine Feld von dem anderen Feld aus mit dieser Figur in endlich vielen Zügen erreichbar ist. Beschreibe für jede dieser Schachfiguren die zugehörige Äquivalenzrelation und ihre Äquivalenzklassen. Wie sieht es auf einem -Schachbrett aus?


Aufgabe (2 Punkte)

Wir betrachten für je zwei Teilmengen die symmetrische Differenz

Wir setzen , falls endlich ist. Zeige, dass dadurch eine Äquivalenzrelation auf definiert wird.


Aufgabe (2 Punkte)

Sei eine Gruppe. Betrachte die Relation auf , wobei bedeutet, dass es einen inneren Automorphismus mit gibt. Zeige, dass diese Relation eine Äquivalenzrelation ist.


Die Äquivalenzklassen zu dieser Äquivalenzrelation bekommen einen eigenen Namen:

Zu einer Gruppe nennt man die Äquivalenzklassen zur Äquivalenzrelation, bei der zwei Elemente als äquivalent (oder konjugiert) gelten, wenn sie durch einen inneren Automorphismus ineinander überführt werden können, die Konjugationsklassen.


Aufgabe (2 Punkte)

Es sei die Gruppe der bijektiven Abbildungen der Menge in sich selbst. Bestimme die Konjugationsklassen dieser Gruppe.


Aufgabe (3 Punkte)

Es sei die Menge der invertierbaren -Matrizen über einem Körper . Zeige, dass für zueinander konjugierte Matrizen und aus die folgenden Eigenschaften bzw. Invarianten übereinstimmen: Die Determinante, die Eigenwerte, die Dimension der Eigenräume zu einem Eigenwert, die Diagonalisierbarkeit, die Trigonalisierbarkeit.


Aufgabe (2 Punkte)

Es sei eine Teilmenge mit der induzierten Metrik. Betrachte die Relation auf , wobei bedeutet, dass es eine stetige Abbildung

mit und gibt. Zeige, dass dies eine Äquivalenzrelation auf ist.



<< | Kurs:Lineare Algebra (Osnabrück 2017-2018)/Teil II | >>

PDF-Version dieses Arbeitsblattes

Zur Vorlesung (PDF)