Heuristik zur Bestimmung der dualen Basis für eine andere Basis

Skizze

Sei 20230210112736-heuristik_zur_bestimmung_der_dualen_basis_fur_eine_andere_basis_f9a44ab724c25d336d326acbf98e515bcc40b054.svg ein K-Vektorraum und sei 20230210112736-heuristik_zur_bestimmung_der_dualen_basis_fur_eine_andere_basis_cfd619f2d9bcfff2b1cc1a678f6f45257db7aaba.svg eine Basis von 20230210112736-heuristik_zur_bestimmung_der_dualen_basis_fur_eine_andere_basis_f9a44ab724c25d336d326acbf98e515bcc40b054.svg, aufgefasst als Spaltenvektor.
Sei zusätzlich 20230210112736-heuristik_zur_bestimmung_der_dualen_basis_fur_eine_andere_basis_0ed0387673c6ab3a10c70975aa20b6c5031fe214.svg die duale Basis zu 20230210112736-heuristik_zur_bestimmung_der_dualen_basis_fur_eine_andere_basis_b84b7c4430e781fd07ef58eb982aa40e2f369c35.svg, aufgefasst als zeilenvektor in 20230210112736-heuristik_zur_bestimmung_der_dualen_basis_fur_eine_andere_basis_77ee317202f904b9f49526da63a662467e8b4c4c.svg

Dann ist 20230210112736-heuristik_zur_bestimmung_der_dualen_basis_fur_eine_andere_basis_7c6ec77249f2d36caa9074efb08d10c7c650a824.svg gegeben durch die Lösung für das Lineares Gleichungssystem (20230210112736-heuristik_zur_bestimmung_der_dualen_basis_fur_eine_andere_basis_83c02c59cacb6bceffd8cce81722efbf362f4fb5.svg)

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wobei 20230210112736-heuristik_zur_bestimmung_der_dualen_basis_fur_eine_andere_basis_f6bd5ffe287267e640e21a1f91a5f751e2eb5e65.svg das Kronecker-Delta Symbol ist.

Dieses lässt sich dann mit dem Gauß Algorithmus lösen, so dass man Skalare 20230210112736-heuristik_zur_bestimmung_der_dualen_basis_fur_eine_andere_basis_4902808690cf7a75bd863ff92f3f6097312bf259.svg als Lösung erhält.
Dann ist

20230210112736-heuristik_zur_bestimmung_der_dualen_basis_fur_eine_andere_basis_e1ffe357f31bcc43be64fdd09dd90ba287637cfc.svg

das Element der dualen Basis

Tipp

Angenommen wir haben

20230210112736-heuristik_zur_bestimmung_der_dualen_basis_fur_eine_andere_basis_4f60f61c5e7fc8291c3dab14be05f4a2d6689cc8.svg

als Matrix, d.h. 20230210112736-heuristik_zur_bestimmung_der_dualen_basis_fur_eine_andere_basis_7c6cde4ec6b8391aeac6fcb6a46073408756f86e.svg als Basisvektoren, und müssen die duale Basis bestimmen.

Dann wären die beiden Gleichungssysteme gegeben durch

20230210112736-heuristik_zur_bestimmung_der_dualen_basis_fur_eine_andere_basis_3b758cac8df63e1e4ba58f67ce01720010e61a42.svg

und

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Man kann dann beide separat lösen.
Alternativ gibt es zwei Möglichkeiten, sich etwas Rechenaufwand zu sparen.
Der Algorithmus bleibt der gleiche, man betreibt nur etwas effizienteres "Bookkeeping".

Kronecker-Delta Symbol

Sei

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Das kronecker Delta Symbol.

Dann kann man auch die Matrix

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betrachten.

Man löst diese dann wie gewohnt nach Gauß und erhält irgendwas von der Form

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Um dann das erste Element der duale Basis zu bestimmen, setzt man 20230210112736-heuristik_zur_bestimmung_der_dualen_basis_fur_eine_andere_basis_99d494eabec2a8edebb3c4e689d4a753ea5539a5.svg und erhält

20230210112736-heuristik_zur_bestimmung_der_dualen_basis_fur_eine_andere_basis_7eb7a921a1cb9d657bc043e2414f894945ba8a5a.svg

Dann löst man dieses Gleichungssystem und erhält das erste Element der dualen Basis.

Um das zweite Element zu erhalten setzt man 20230210112736-heuristik_zur_bestimmung_der_dualen_basis_fur_eine_andere_basis_99d494eabec2a8edebb3c4e689d4a753ea5539a5.svg und löst wieder das resultierende Gleichungssystem

Einheitsmatrix

Man kann auch die Matrix

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betrachten.
Dann wendet man elementare Zeilenumformungen an, um etwas von der Form

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zu erhalten.

Um das erste Element der dualen Basis zu erhalten, schreibt man dann die Matrix

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auf und löst das Gleichungssystem.

Um das zweite Element der dualen Basis zu erhalten, schreibt man die Matrix

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auf und löst das Gleichungssystem.

Date: nil

Author: Anton Zakrewski

Created: 2024-12-19 Do 22:26