Beweis
(1). Es sei und . Wegen der Invarianz von ist auch . Daher ist
-
Also steht senkrecht auf und gehört damit zu , was dessen Invarianz bedeutet.
(2). Dies ist nur bei
relevant. Es sei ein Eigenwert und ein
Eigenvektor,
also
-
Wir können diesen Eigenvektor als normiert annehmen. Dann ist
-
also ist reell.
(3). Es sei ein Eigenvektor zum Eigenwert und ein Eigenvektor zum Eigenwert
.
Dann ist
-
Dies ist nur bei
-
möglich.
(4). Wir können annehmen, dass
mit dem
Standardskalarprodukt
vorliegt. Bei
ist die Aussage bekannt, sei also
.
Wir können die Abbildung auch als Abbildung von nach auffassen, wobei die Selbstadjungiertheit erhalten bleibt und wobei sich das charakteristische Polynom nicht ändert. Es zerfällt daher in Linearfaktoren, wobei die Nullstellen nach (2) reell sind.