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Aufgabe:

Die vier symmetrischen Matrizen

\( A_{1}:=\left(\begin{array}{ll} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{array}\right), \quad A_{2}:=\left(\begin{array}{cc} 1 & 0 \\ 0 & -1 \end{array}\right), \quad A_{3}:=\left(\begin{array}{ll} 1 & 0 \\ 0 & 0 \end{array}\right), \quad A_{4}:=\left(\begin{array}{ll} 1 & 1 \\ 1 & 1 \end{array}\right), \)

definieren symmetrische Bilinearformen \( \phi_{i} \) auf \( M(2 \times 1, \mathbb{R}) \) durch

\( \phi_{i}(x, y):=x^{t r} \cdot A_{i} \cdot y \)

Identifizieren Sie den \( M(2 \times 1, \mathbb{R}) \) mit der reellen Ebene \( \mathbb{R}^{2} \) und machen Sie für \( i=1,2,3,4 \) je eine Skizze, die für alle Punkte \( x \) in einer Umgebung von 0 (zum Beispiel die Punkte in einer Kreisscheibe mit Zentrum 0) kenntlich macht, ob \( \phi_{i}(x, x) \) größer, gleich oder kleiner Null ist. Bestimmen Sie außerdem jeweils alle isotropen Vektoren und das Radikal.


Problem/Ansatz:

Kann mir bitte jemand bei dieser Aufgabe helfen. Ich verstehe die Aufgabe nicht.


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Beste Antwort

Die betrachteten Matrizen sind sämtlich symmetrisch, so dass

man sie in der Gestalt \(\left(\begin{array}{cc}a&b\\b&c\end{array}\right)\)

annehmen kann.

Auf diese Weise bekommt man

\(\phi(x,y)=ax_1y_1+bx_1y_2+bx_2y_1+cx_2y_2\) und insbesondere

\(\phi(x,x)=ax_1^2+2bx_1x_2+cx_2^2\)

\(A_1\):

\(\phi_1(x,x)=x_1^2+x_2^2\geq 0\) und nur \(=0\), wenn \(x=0\).

Hier gibt es also keine isotropen Vektoren und daher ist

erst recht das Radikal=0.

\(A_2\):

\(\phi_2(x,x)=x_1^2-x_2^2\).

Hier gibt es die isotropen Geraden

\(\mathbb{R}(1,1)\) und \(\mathbb{R}(1,-1)\).

Es gibt aber keinen Vektor, der auf dem ganzen Raum

senkrecht steht, d.h. das Radikal ist 0.

\(A_3\):

Nun ist \(\phi_3(x,y)=x_1y_1\).

Es gilt \(\phi_3((0,1),(y_1,y_2)=0\) für jeden Vektor \((y_1,y_2)\).

Daher list \(\mathbb{R}(0,1)\) Teilmenge des Radikals.

\(A_4\):

Hier bekommst du nur den Tipp, dass das Radikal nicht nur aus der Null

besteht und daher insbesondere isotrope Vektoren existieren.

Avatar von 29 k

danke für die Antwort!

ich bin echt verwirrt gerade. wie soll ich die matrix multipliezieren und bestimmen, dass es größer oder kleiner oder gleich 1 ist?

Ich gebe dir gleich mehr Infos.

Alles klar. Vielen Dank

Habe meine Antwort ergänzt.

Vielen Dank ich versuche es für A4

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Hallo

einfach die Matrices mit (x1,x2) A(x1,x2)^T multiplizieren

dann  sehen welche Werte Vektoren  mit |x1|<1 und |x2|<1 oder x1^2+x2^2<1 erzeugen  je nach A

z.B A1 ergibt Φ1>0 für alle Punkte  aus R^2 und 0<=Φ1<1 für ale Punkte innerhalb Einheitskreis

Gruß lul

Avatar von 108 k 🚀

Hallo lul

ich verstehe es immernoch nicht ganz. Könntest du es mir an einem Beispiel erklären.

Weißt du auch wie ich die isotrope und das Radikal bestimmen kann?

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