TU Wien:Algebra und Diskrete Mathematik VU (diverse)/Übungen 2025W/Beispiel 534
Sei die Menge aller -Matrizen über mit . Man zeige, dass eine Gruppe bildet.
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== Lösungsvorschlag von ~~~ == --~~~~
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Hilfreiches von Har203
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Eine Gruppe mit Funktion ist
- abgeschlossen bzgl. der Operation in mit gilt
- assoziativ:
- besitzt ein neutrales Element :
- sowie besitzt inverse Elemente bzw. :
Eine Matrix heißt regulär bzw. invertierbar, wenn eine Matrix existiert mit . Dabei ist die Einheitsmatrix. Die Matrix ist genau dann regulär bzw. invertierbar, wenn für die Determinante der Matrix gilt.
Anders gesagt: Reguläre Matrizen sind invertierbare Matrizen - somit existiert das inverse Element. Das Gegenteil sind natürlich singuläre Matrizen - diese bilden nur ein Monoid!
Determinante der inversen Matrix
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Für die inverse Matrix einer quadratischen regulären Matrix gilt:
- .
Mit dem Determinantenproduktsatz gilt für die Determinante des Produkts zweier quadratischer Matrizen über einem kommutativen Ring:
Lösungsvorschlag von Har203
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Sei die Menge aller -Matrizen über mit . Man zeige, dass eine Gruppe bildet.
Abgeschlossenheit
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die Menge ist nicht leer, da die Einheitsmatrix ist. Die Multiplikation zweier -Matrizen über bildet natürlich wieder eine -Matrix über .
Wir müssen noch für die Abgeschlossenheit zeigen, dass die Matrizenmultiplikation bezüglich der Eigenschaft mit und mit auch wieder
- Für quadratische Matrizen und gleicher Größe gilt nach dem Determinantenmultiplikationssatz:
- .
Da und beide ebenfalls
Assoziativität
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die Matrizenmultiplikation ist assoziativ, das heißt, für Matrizen , und gilt:
Bei der Multiplikation mehrerer Matrizen ist es also unerheblich, in welcher Reihenfolge die Teilprodukte gebildet werden, solange die Gesamtreihung nicht verändert wird.
Neutrale Element
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die Einheitsmatrix ist eine -Matrix über mit . D.h. es gilt und
Inverse Element
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die Inverse Matrix der quadratischen -Matrix existiert genau dann, wenn die Determinante ist. Diese Voraussetzung ist mit der Einschränkung erfüllt. Daraus folgt, dass die Determinante der inversen Matrix ist und somit auch :
- Die inverse Matrix existiert, da und somit ist.
- Die Matrix ist eine -Matrix aus über mit . D.h. die inverse Matrix ist ebenfalls in der Menge enthalten.
Links
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Wikipedia:
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