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Zeigen Sie: Die Vandermondsche Matrix


A := \( \begin{pmatrix} 1 & a_0 & a_0^2 & ... & a_0^d \\ \\ 1 & a_1 & a_1^2 & ... & a_1^d  \\ ┊ & ┊ & ╲ &  & ┊ \\ ┊ & ┊ &  & ╲ & ┊\\ 1 & a_d & a_d^2 & ... & a_d^d \end{pmatrix} \) ∈ ℝ(d+1)×(d+1)

(a0 = a0 , a02 = a02 , a0d = a0d etc. Ich konnte diese Dinge nicht schreiben, gab einen Fehler)

ist genau dann invertierbar, wenn α0, . . . , αd ∈ ℝ paarweise verschieden sind.

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Per vollständiger Induktion.

$$ M(a_0,...,a_d) =\begin{pmatrix} 1 & a_0&\dotsm&a_0^d\\\vdots&\vdots&&\vdots\\1&a_d&\dotsm&a_d^d\end{pmatrix}$$

Behauptung: $$\det M(a_0,...,a_d)=\prod_{0\le i<j\le d} (a_j-a_i) $$

IA d=0, klar: det (1) = 1 = leeres Produkt

IS d -> d+1.

Setze: \( g(x):=\det M(a_0,...,a_d,x) \). g ist ein Polynom vom Grad d mit Leitkoeffizient \( \det M(a_0,...,a_d)\) (betrachte Laplace Entwicklung letzte Zeile), \(a_0\) bis \(a_d\) sind Nullstellen (Determinante ist alternierend, bei zwei gleichen Zeilen also gleich 0) von g, das sind d+1 Stück, insbesondere zerfällt g in Linearfaktoren. Damit hat g nach Induktionsvoraussetzung die Form

$$ g = l(g) \prod_{i=0}^d (x-a_i) = \det M(a_0,...,a_d) \prod_{i=0}^d (x-a_i) \stackrel{\text{IV}}{=} \prod_{0\le i<j\le d} (a_j-a_i )\prod_{i=0}^d (x-a_i) $$ Behauptung folgt, da \( \det M(a_0,...,a_{d+1})=g(a_{d+1}) \).

Mit der Determinante ist die eigentliche Aufgabe dann trivial lösbar.

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