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Hallo,

ich bin auf der Suche nach einer lineare Funktion die beliebige Punkte aus dem R^3 auf den R abbildet aber dabei != 0 sein soll.
 Ich habe schon einiges versucht aber bin noch zu keinem zufriedenstellenden Ergebnis gekommen. Ich dachte evtl an die Betragsfunktion aber das Problem ist dann das diese meines erachtens nicht linear ist. 

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Okay, ich denke die Fragestellung ist mir jetzt klar geworden.

Wir gehen induktiv vor:

\(n=1\): Sei \(v_1 \in \mathbb{R}^3\) nicht Null, dann finden wir ein \(i \in \{1,2,3\}\), sodass für die Projektion \( \pi_i: \mathbb{R}^3 \rightarrow \mathbb{R}, (x_1,x_2,x_3) \rightarrow x_i \) gilt: \( \pi_i(v_1) \neq 0\). Da die Projektion \(\pi_i\) linear ist, ist somit der Induktionsanfang gezeigt.

\(n \rightarrow n+1\): Seien \(v_1, \dots v_{n+1} \in \mathbb{R}^3\) nicht Null. Wir nehmen an (Induktionsannahme), dass wir für \(v_1, \dots, v_{n}\) eine lineare Abbildung \(f\) finden mit \(g(v_j) \ne 0\) für alle \(j \in \{1, \dots, n\}\). Wir nehmen im Folgenden an, dass \(g(v_{n+1})=0\) ist, denn sonst erhalten wir bereits mit \(g\) die gewünschte lineare Abbildung und sind fertig. Da nach Voraussetzung \(v_{n+1} \neq 0\) ist, gibt es eine Projektion mit \(\pi_i(v_{n+1}) \neq 0\). Für \(j \in \{1, \dots, n\} \) gilt \( (\pi_i + r \cdot g)(v_j)=\pi_i(v_j)+r \cdot g(v_j) = 0 \Leftrightarrow r = - \frac{\pi_i(v_j)}{g(v_j)} \). Da \( M:=\{-\frac{\pi_i(v_j)}{g(v_j)} \vert i \in \{1, \dots n\} \} \) endlich ist, können wir ein \(r \notin M \) wählen. Somit erhalten wir \( (\pi_i + r \cdot g)(v_j) \neq 0 \) für alle \(j \in \{1, \dots, n\} \) und außerdem auch \( (\pi_i+r \cdot g)(v_{n+1}) = \pi_i(v_{n+1}) + r \cdot g(v_{n+1}) = \pi_i(v_{n+1}) \neq 0\). Da die Abbildung \( \pi_i  + r \cdot g \) linear ist, ist somit der Induktionsschritt gezeigt. 

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Dankeschön!

Eine Frage habe ich noch, undzwar:

Gibt es dann auch ein f, so dass f(v_i) > 0 gilt für alle i?
  ─   mranti 08.05.2020 um 19:37

Die Frage ist etwas kompliziert. Ich hätte erstmal ja gesagt, allerdings lässt sich der obige Beweis nicht diesbezüglich abändern.   ─   42 08.05.2020 um 19:48

Okay, tatsächlich gibt es so eine Abbildung nicht immer. Wenn wir beispielsweise unter den vorgegebenen Punkten \(x\) und \(-x\) haben, dann gilt \(f(-x)=-f(x)\). Also können \(f(x)\) und \(f(-x)\) nicht beide positiv sein.   ─   42 08.05.2020 um 19:51

Ah okay vielen Dank! :)   ─   mranti 08.05.2020 um 20:02

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Du denkst wahrscheinlich zu kompliziert, denn eigentlich ist die Sache ganz einfach. Betrachte zum Beispiel die Abbildung \(f: \mathbb{R}^3 \rightarrow \mathbb{R}\) mit \( f(x,y,z)=x \).

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Ja aber dann wäre wenn x = 0 Ist ja f(x,y,z) ebenfalls = 0 und genau das darf nicht passieren außer für x=y=z=0   ─   mranti 08.05.2020 um 16:46

Nein, eine Abbildung \(f\) ist (per Definition) genau dann ungleich Null, wenn es mindestens ein Element \(x\) gibt mit \(f(x) \neq 0\).
Wenn du dir tiefer gehende Gedanken dazu machst, dann wirst du feststellen, dass die Bedingung \(f(x)=0 \Leftrightarrow x=0\) für eine lineare Abbildung \(f: \mathbb{R}^3 \rightarrow \mathbb{R} \) dazu führt, dass der Kern von \(f\) trivial ist. Das würde nach der Dimensionsformel bedeuten, dass die Dimensionen von Definitionsbereich und Bild gleich sein müssten. Das kann aber nicht sein, denn die Dimension von \( \mathbb{R}^3 \) ist \(3\) und da das Bild eine Teilmenge von \(\mathbb{R}\) ist, kann dessen Dimension maximal \(1\) sein.
  ─   42 08.05.2020 um 16:56

Nein so meine ich das nicht.
Die Aufgabenstellung sagt:

Seien v_1,...v_n Punkte im R^3 Und zeigen Sie das es ein ein Element f gibt, für das gilt f(v_i) != 0 für ALLE i.

Das wäre bei Ihrer Lösung ja nicht gegeben da nicht gesagt ist das dies für ein Punkt zutrifft da ja auch nur Punkte mit x=0 gegeben werden können.
  ─   mranti 08.05.2020 um 17:07

OK. Diese Funktion hängt dann aber von `v_1, ..., v_n` ab.
Du brauchst eine Ebene durch den Ursprung, auf der keiner der `n` Punkte liegt. Dann projizierst du auf die Normale der Ebene. Bzw.: Wenn die Ebene die Gleichung `ax + by + cz =0 ` hat, dann ist `(x,y,z) mapsto ax+by+cz` deine Funktion.
  ─   digamma 08.05.2020 um 20:31

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