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Mathematik Lineare Algebra – Bilinearformen

14 KartenMathematikatrio07.10.2026Nur mit Link

Karteikarten zum Thema „Mathematik“ · 14 Karten · von atrio. Beispiele: Was ist eine Bilinearform auf einem Vektorraum V über einem Körper K? · Wie wird eine…

Karten

14 Karten
STANDARD

Was ist eine Bilinearform auf einem Vektorraum V über einem Körper K?

Rückseite

Eine Abbildung B: V × V → K, die in jedem Argument linear ist: B(λv₁+μv₂,w)=λB(v₁,w)+μB(v₂,w) und entsprechend im zweiten Argument.

STANDARD

Wie wird eine Bilinearform durch eine Matrix zur Basis (e₁,…,eₙ) dargestellt?

Rückseite

Die Matrix A hat Einträge aᵢⱼ = B(eᵢ,eⱼ). Für Vektoren x,y mit Koordinatenvektoren X,Y gilt B(x,y) = XᵀAY.

STANDARD

Wie ändert sich die Matrix einer Bilinearform bei Basiswechsel mit Übergangsmatrix T?

Rückseite

Die neue Matrix lautet A' = TᵀAT. Dies ist die Kongruenztransformation, nicht Ähnlichkeit.

STANDARD

Wann heißt eine Bilinearform symmetrisch, wann alternierend?

Rückseite

Symmetrisch: B(v,w)=B(w,v) für alle v,w. Alternierend: B(v,v)=0 für alle v (impliziert B(v,w)=-B(w,v) bei char K ≠ 2).

STANDARD

Was besagt der Satz von Sylvester (Trägheitssatz) für symmetrische Bilinearformen über ℝ?

Rückseite

Jede symmetrische Bilinearform lässt sich durch Basiswechsel auf Diagonalform mit Einträgen 1, -1, 0 bringen. Die Anzahlen p (positiv), q (negativ), r (null) sind eindeutig bestimmt – die Signatur (p,q,r).

STANDARD

Was ist der Radikal einer Bilinearform B?

Rückseite

rad(B) = {v ∈ V | B(v,w)=0 für alle w ∈ V}. Er ist ein Unterraum; B ist genau dann nicht-degeneriert, wenn rad(B) = {0}.

STANDARD

Was ist das orthogonale Komplement U^⊥ zu einem Unterraum U bezüglich B?

Rückseite

U^⊥ = {v ∈ V | B(v,u)=0 für alle u ∈ U}. Bei nicht-degeneriertem B gilt dim U + dim U^⊥ = dim V, aber U ∩ U^⊥ muss nicht {0} sein.

STANDARD

Wann ist eine symmetrische Bilinearform über ℝ positiv definit?

Rückseite

Wenn B(v,v) > 0 für alle v ≠ 0 gilt. Äquivalent: Alle Eigenwerte der Matrix sind > 0, oder die Signatur lautet (n,0,0).

STANDARD

Was ist die Gram-Matrix zu Vektoren v₁,…,vₖ bezüglich B?

Rückseite

Die Matrix G mit Einträgen gᵢⱼ = B(vᵢ,vⱼ). Ihre Determinante (Gramsche Determinante) ist ≠ 0 gdw. die Vektoren linear unabhängig sind und B auf ihrem Spann nicht-degeneriert ist.

STANDARD

Wie hängt die Polarisation mit quadratischen Formen zusammen?

Rückseite

Jede quadratische Form Q(v)=B(v,v) einer symmetrischen Bilinearform lässt sich zurückgewinnen: B(v,w) = ½(Q(v+w)-Q(v)-Q(w)) (Polarisationsformel, char K ≠ 2).

STANDARD

Was besagt der Hauptachsentransformationssatz für symmetrische Bilinearformen über ℝ?

Rückseite

Es existiert eine orthonormale Basis, in der die Matrix diagonal ist mit Eigenwerten auf der Diagonalen. Dies ist die Spektralzerlegung: A = PDPᵀ mit orthogonaler P.

STANDARD

Wie erkennt man an der Matrix, ob eine Bilinearform nicht-degeneriert ist?

Rückseite

Die Matrix ist regulär (Determinante ≠ 0). Äquivalent: Der Rang der Matrix gleich Dimension von V, oder 0 ist kein Eigenwert.

STANDARD

Was ist der Unterschied zwischen Kongruenz und Ähnlichkeit von Matrizen?

Rückseite

Kongruenz: A' = TᵀAT (Basiswechsel bei Bilinearformen). Ähnlichkeit: A' = T⁻¹AT (Basiswechsel bei Endomorphismen). Kongruenz erhält Symmetrie und Signatur, nicht Eigenwerte.

STANDARD

Wie klassifiziert man symmetrische Bilinearformen über ℂ?

Rückseite

Über ℂ lassen sich alle symmetrischen Bilinearformen auf Diagonalform mit nur 1 und 0 bringen. Die Klassifizierung erfolgt allein über den Rang r (Signatur (r,0,n-r)), da -1 = i²·1 quadratisch ist.

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