Einführung in die lineare Algebra

Dieses Buch beruht auf Vorlesungen über lineare Algebra und analytische Geometrie, die ich jeweils in zweisemestrigen Kursen an den Universitäten Freiburg und Dortmund für Mathematiker, Physiker, Informatiker und Statistiker gehalten habe. Der Umfang ent spricht ungefähr dem Inhalt des ersten Semesters. Mit dem vorliegenden Text soll aber nicht nur das formale Fundament für den zweiten Teil gelegt werden, vielmehr erscheint es mir vernünftig, eine Einführung in das gesamte Gebiet zu geben und dabei gleich wesentliche Probleme der linearen Algebra anzupacken. Deshalb ist dieses Buch nicht nur für Mathematikstudenten des Diploms und des Lehramtes geeignet, sondern ebenso für Nichtmathematiker, die ihre Ausbildung in linearer Algebra in einem Semester absolvieren müssen und trotzdem einen etwas größeren Einblick erhalten sollen. Auch zum Selbst studium dürfte sich der Band gut benützen lassen. Wie soll man Mathematik lernen? Dafür gibt es kein Patentrezept, aber eines kann man sagen: Mathematik lernt man am besten kennen, indem man sie betreibt; das Betreiben aber ist eng mit dem Interesse verbunden. Ich habe deswegen immer versucht, den Leser zur eigenen, teilnehmenden Beschäftigung mit der Mathematik anzuregen, einerseits durch die Vorführung vieler Beispiele, andererseits durch einen Aufbau der Theorie, der von einfachen, konkreten Fragen ausgeht und möglichst direkt zu zentralen Themen gelangt. Gestartet wird hier mit dem expliziten Lösen linearer Gleichungssysteme, das ohnehin in der Praxis ständig gebraucht wird. Am Ende des Weges steht die 10rdansche Normalform, also die Feinstruktur der linearen Selbstabbildungen.

Inhalt
0 Orientierung.- 0.1 Das Lösen linearer Gleichungssysteme, Gaußsches Verfahren.- 0.2 Standardveranschaulichung.- 0.3 Metrische Standardgrößen.- 1 Einige Grundstrukturen der Algebra.- 1.1 Der Gruppenbegriff.- 1.2 Der Körperbegriff.- 1.3 Der Körper der komplexen Zahlen.- 1.4 Polynome.- 1.5 Einige weitere algebraische Strukturen.- 2 Vektorräume.- 2.1 Der Vektorraumbegriff.- 2.2 Lineare Abhängigkeit.- 2.3 Dimension und Basis.- 2.4 Untervektorräume.- 2.5 Erzeugung endlich dimensionaler Untervektorräume, Matrizen.- 2.6 Affine Struktur eines Vektorraumes.- 3 Lineare Abbildungen.- 3.1 Definition und grundlegende Eigenschaften.- 3.2 Anwendung auf lineare Gleichungssysteme.- 3.3 Operationen für lineare Abbildungen.- 3.4 Koordinaten-und Matrizenrechnung.- 3.5 Basis- und Koordinatentransformation.- 3.6 Darstellung von Unterräumen.- 4 Determinanten.- 4.1 Motivierung.- 4.2 Determinantenformen.- 4.3 Zahldeterminanten.- 4.4 Anwendungen.- 4.5 Determinanten von linearen Abbildungen und von Bilinearformen.- 4.6 Orientierung reeller Vektorräume.- 5 Reelle Räume mit Skalarprodukt.- 5.1 Skalarprodukte.- 5.2 Der endlich dimensionale Fall.- 5.3 Euklidische Vektorräume.- 5.4 Orthogonalsysteme.- 5.5 Determinantenformen in euklidischen Vektorräumen.- 5.6 Zwei- und dreidimensionale euklidische Vektorräume.- 5.7 Isometrien.- 6 Eigenwerte und Jordansche Normalform.- 6.1 Eigenelemente.- 6.2 Die charakteristische Gleichung.- 6.3 Der euklidische Fall.- 6.4 Verallgemeinerte Eigenräume und erster Zerlegungssatz.- 6.5 Nilpotente Operatoren und zweiter Zerlegungssatz.- 6.6 Konstruktion der Jordanschen Normalform.- 6.7 Eindeutigkeit der Jordanschen Normalform.- 6.8 Durchrechnung eines Beispiels.- Anhang über Logik und Mengelehre.- Logisches Schließen.- Mengen.- Abbildungen.- Relationen.-Natürliche Zahlen und vollständige Induktion.- Literaturhinweise.- Wichtige Symbole aus Kapitel 0 bis 6.