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12 bilden lässt. Andernfalls sind die Vektoren linear abhängig. Lineare Abhängigkeit bedeutet also, dass die obige Gleichung für wenigstens einen nicht verschwindenden Skalar λ i erfüllt ist und damit nach einem Vektor aufgelöst werden kann. Unterstellen wir λ 1 ≠ 0 , erhalten wir a 1 als Linearkombination, Überlagerung oder Superposition: a λ λ 2 3 n 1 = − a 2 − a 3 − .... − a n λ1 λ1 λ1 λ Die geometrische Bedeutung der linearen Abhängigkeit erkennen wir aus den folgenden Beispielen. Beispiel 2-2 = 2 λ , λ 0 n 1 2 ≠ Abb. 2-9 Kollineare Vektoren Aus λ1a1 + λ2a2 = 0 folgt, dass a 1 und a 2 ein und derselben Geraden parallel sind. Die Vektoren a 1 und a 2 heißen dann kollinear. Alle Vektoren, die zu einer Geraden (der Wirkungslinie von a 1 ) parallel sind, lassen sich in der Form ag =λa 1 darstellen (Abb. 2-9). Beispiel 2-3 n 1 2 3 ≠ 1 2 = 3, λ , λ , λ 0; a ,a linearunabhängig . Aus λ + λ a + λ a 0 folgt, dass a 1 , a 2 , a 3 in einer Ebene liegen. Wir sagen: a 1 , a 2 , a 3 sind komplanar 1 . 1 a1 2 2 3 3 = Definition 2-11 Jeder Vektor, der zu derjenigen Ebene parallel ist, die durch die beiden linear unabhängigen Vektoren a 1 und a 2 aufgespannt wird, lässt sich in der Form a e = l 1a1 + l 2 a 2 darstellen (Abb. 2-10) Abb. 2-10 Komplanare Vektoren 1 zu lat. complanare = einebnen
Prof. Dr. F.U. Mathiak, HS Neubrandenburg 13 Beispiel 2-4 n = 4, λ1,λ 2,λ 3,λ 4 ≠ 0; a1,a 2,a 3 linear unabhängig Im dreidimensionalen Raum gilt der Satz 2-1 Mehr als 3 Vektoren sind stets linear abhängig. Zwischen 4 beliebigen Vektoren besteht also immer eine Beziehung λ 1 a1 + λ 2 a 2 + λ3a 3 + λ 4 a 4 = 0 Beispiel 2-5 Sind a 1,a 2 , a 3 drei linear unabhängige Vektoren, so lässt sich jeder beliebige Vektor des dreidimensionalen Raumes durch Linearkombination in a 1,a 2 , a 3 darstellen, also: a r = l a + l a + l 1 1 2 2 3 a 3 Abb. 2-11 Basissystem im räumlichen Fall Satz 2-2 Drei linear unabhängige Vektoren bilden im Raum ein Basissystem Hinweis: Die zahlenmäßige Darstellung vektorieller Größen muss so erfolgen, dass wir verschiedene Vektoren auch ohne geometrische Anschauung miteinander vergleichen können. Dazu müssen wir im Raum ein Basissystem vorgeben. Da je drei beliebige, linear unabhängige Vektoren eine Basis bilden, gibt es für die Darstellung ein und derselben vektoriellen Größe unendlich viele verschiedene Möglichkeiten. Im Unterschied dazu ist die zahlenmäßige Angabe einer skalaren Größe von der Wahl des Bezugssystems unabhängig. Definition 2-12 Ist die Basis durch die Vektoren g 1 ,g 2 ,g 3 gegeben, so heißt die Gleichung a = a + 1g + a 1 2 g a 2 3g 3
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12<br />
bil<strong>de</strong>n lässt. An<strong>de</strong>rnfalls sind die Vektoren linear abhängig. Lineare Abhängigkeit be<strong>de</strong>utet<br />
also, dass die obige Gleichung für wenigstens einen nicht verschwin<strong>de</strong>n<strong>de</strong>n Skalar λ i erfüllt<br />
ist und damit nach einem Vektor aufgelöst wer<strong>de</strong>n kann. Unterstellen wir λ 1<br />
≠ 0 , erhalten wir<br />
a 1 als Linearkombination, Überlagerung o<strong>de</strong>r Superposition:<br />
a<br />
λ<br />
λ<br />
2 3<br />
n<br />
1<br />
= − a<br />
2<br />
− a<br />
3<br />
− .... − a<br />
n<br />
λ1<br />
λ1<br />
λ1<br />
λ<br />
Die geometrische Be<strong>de</strong>utung <strong>de</strong>r linearen Abhängigkeit erkennen wir aus <strong>de</strong>n folgen<strong>de</strong>n Beispielen.<br />
Beispiel 2-2 = 2 λ , λ 0<br />
n<br />
1 2<br />
≠<br />
Abb. 2-9 Kollineare Vektoren<br />
Aus λ1a1 + λ2a2 = 0 folgt, dass a 1 und a 2 ein<br />
und <strong>de</strong>rselben Gera<strong>de</strong>n parallel sind. Die Vektoren<br />
a 1 und a 2 heißen dann kollinear. Alle Vektoren,<br />
die zu einer Gera<strong>de</strong>n (<strong>de</strong>r Wirkungslinie<br />
von a 1 ) parallel sind, lassen sich in <strong>de</strong>r Form<br />
ag =λa<br />
1 darstellen (Abb. 2-9).<br />
Beispiel 2-3<br />
n<br />
1 2 3<br />
≠<br />
1 2<br />
= 3, λ , λ , λ 0; a ,a linearunabhängig . Aus λ + λ a + λ a 0 folgt,<br />
dass a 1 , a 2 , a 3 in einer Ebene liegen. Wir sagen: a 1 , a 2 , a 3 sind komplanar 1 .<br />
1<br />
a1<br />
2 2 3 3<br />
=<br />
Definition 2-11<br />
Je<strong>de</strong>r Vektor, <strong>de</strong>r zu <strong>de</strong>rjenigen Ebene parallel ist, die durch die bei<strong>de</strong>n linear unabhängigen<br />
Vektoren a 1 und a 2 aufgespannt wird, lässt sich in <strong>de</strong>r Form a<br />
e<br />
= l<br />
1a1<br />
+ l<br />
2<br />
a<br />
2<br />
darstellen (Abb. 2-10)<br />
Abb. 2-10 Komplanare Vektoren<br />
1 zu lat. complanare = einebnen