0 Daumen
1k Aufrufe

Aufgabe:

Es bezeichne (x|x) das Standardskalarprodukt auf ℝn.

Sei nun A ∈ ℝnxn symmetrisch und positiv definit. Zeigen Sie, dass durch

(x|y)A := (x|Ay) , für x,y, aus  ℝn ein Skalarprodukt definiert ist.

Hinweis: (x|By) = (BT x|y).


Problem/Ansatz:

Mein Vorgehen wäre folgendes, wobei ich bei (SP3) nicht weiter komme:


Seien a,b aus ℝ, x,y aus ℝn

(SP1)  (x|x) >= 0. Dann gilt x1x1 * x2x2 * x3x3 = (x1)2 + (x2)2 + (x3)2  >= 0.

(SP2) (x|Ay) = (Ay|x)

(x|Ay) =Hinweis= (ATx|y) =A symmetrisch= (Ax|y)  -> ist das zu knapp?

(SP3) (ax + by | Az) = a(x|y) + b*(y|Az)

Was ich weiss: Da A positiv definit sind alle Eigenvektoren > 0, was wiederum bedeutet, dass die det(A)!=0 ist, dass ker(A) != {0} ist, dass A invertierbar und diagonalisierbar (wegen Symmetrie) ist. Aber wie hilft mir das weiter?


Ist ähnlich aus einer Altklausur wozu ich keine Lösung hab.


LG!

Avatar von

2 Antworten

+1 Daumen

(x|Ay) =Hinweis= (ATx|y) =A symmetrisch= (Ax|y)  -> ist das zu knapp?


Ich glaube, dass das in der Tat was knapp ist.

Es ist doch zu zeigen:  (x|y)A = (y|x)A

Nach der Def. von <..,..>A ist das äquivalent zu

(x|Ay) = (y|xA)  denn es wird immer die

2. Komponente mit A multipliziert.

Nach dem Tipp also

<=> (x|Ay) = (ATy|x)

wegen Symmetrie von A

<=> (x|Ay) = (Ay|x)

Wegen Symmetrie des Stand.skalarprod.

<=>   (x|Ay) =  (x|Ay)

Was offenbar stimmt.

Und bei a) und c) musst du auch mit der gegebenen Def. von  (x|y)A

arbeiten. Bei a) führt das letztlich auf die Definition

der pos. Definitheit von A und bei c) musst du wohl die

Linearität des Stand. Skalarproduktes ausnutzen.

Avatar von 289 k 🚀
+1 Daumen

Aloha :)

Zu zeigen: (xy)A : =xAy(x|y)_A:=\langle x|Ay\rangle wobei A=ATA=A^T und AA pos. definit ist.

Wir prüfen, ob (xy)(x|y) die Bedingungen an ein Skalarprodukt erfüllt und berücksichtigen dabei, dass es mittels des Standard-Skalarproduktes \langle\cdot|\cdot\rangle definiert ist.

1) Symmetrie:(yx)A=yAx=ATxy=(A=AT)Axy= sym.xAy=(xy)A(y|x)_A=\langle y|Ax\rangle=\langle A^Tx|y\rangle\stackrel{(A=A^T)}{=}\langle Ax|y\rangle\stackrel{\langle\cdot|\cdot\rangle\text{ sym.}}{=}\langle x|Ay\rangle=(x|y)_A2) Lineariät:

Wegen der Linearität des Standard-Skalarpdoduktes ist auch (xy)A(x|y)_A in der ersten Komponente linear. Wegen der in 1) gezeigten Symmetrie von (xy)A(x|y)_A gilt diese Linearität auch für die zweite Komponente.

3) Positive Definitheit:(xx)A=xAx>0x0,weil A pos. definit ist.(x|x)_A=\langle x|Ax\rangle>0\quad\forall x\ne0\quad,\text{weil } A\text{ pos. definit ist.}(xx)A=0        xAx=0        x=0Eigenschaft von (x|x)_A=0\;\;\Rightarrow\;\;\langle x|Ax\rangle=0\;\;\Rightarrow\;\;x=0\quad\text{Eigenschaft von }\langle\cdot|\cdot\ranglex=0        xAx=0        (xx)A=0x=0\;\;\Rightarrow\;\;\langle x|Ax\rangle=0\;\;\Rightarrow\;\;(x|x)_A=0Damit ist gezeigt:(xx)A0(x|x)_A\ge0(xx)A=0x=0(x|x)_A=0\quad\Leftrightarrow\quad x=0

(xy)A(x|y)_A erfüllt alle 3 Bedingungen an ein Skalarprodukt \checkmark.

Avatar von 152 k 🚀

Ein anderes Problem?

Stell deine Frage