Benutzer:Algebraiker/Spielwiese

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Baustelle

Einleitung

zur algebraischen Beschreibung verwendet. Dieser in den 1970er Jahren entwickelte Kalkül beantwortet erstmalig vollständig die Frage nach einer synonymen, also isomorphen - und nicht wie bisher mit nur mit Ternärkörpern und anderen Modellen isotopen – algebraischen Beschreibung aller affinen und projektiven Geometrien und ermöglicht durch das Prinzip „operator operandum“ einen intuitiv einfachen Zugang zu einer Fernraumgeometrie. Bedeutenster Aspekt ist, daß sich für aufwändig zu beschreibende geometrische Schnittpunktsätze (z.B. affiner und projektiver Satz von Desargues, Invarianzsatz von Hessenberg) in der Geometrischen Relationenalgebra notwendige und hinreichende Bedingungen mit einfachen "Rechenregeln", also das Hintereinanderausführen von Relationen in den "Homogenitätsregeln", angeben und beweisen lassen ("Prinzip der konstruktiven Erweiterbarkeit"). Die Methodik findet darüber hinaus Anwendungen in den Kognitionswissenschaften und insbesondere in der Systemtheorie: Hier werden mit dem relationalen Kalkül so unterschiedliche Systeme wie zeitdiskrete, zeitkontinuierliche (lineare und nichtlineare) dynamische Systeme und Fuzzzy-Systeme inklusive wichtiger Systemeigenschaften mit derselben mathematischen Sprache (synoynm) beschrieben. Zentrale Begriffe der Geometrischen Relationenalgebra sind geometrische Relative, Regel-Relative und Handlungsrelative – und die daraus abgeleiteten Derivate.


Methodik

In der Geometrischen Relationenalgebra werden geometrische Konfigurationen wie Geraden, Winkel, Dreiecke als Systeme von Relationen einer geeigneten Relationenalgebra, die auf einzelne Punkte einer Punktmenge angewendet werden, dargestellt. So ist beispielsweise eine Gerade in einer affinen Geomtrie in der synoynmen (isomorphen) Bechreibung durch sogenannte affine Relative darstellbar als , bei Vorgabe einer geeigneten Punktmenge und Relationemenge , siehe weiter das Übergangsverfahren in 2.1.1. Mit diesem Ansatz war es möglich, das zentrale Anliegen der Geometrischen Algebra, ...

....zugrundeliegenden Relationen - der affinen oder projektiven Homogenitätsregel - beantwortet. Die bisher angewendeten Kalküle der Universellen Algebra liefern dazu lediglich Umschreibungen der geometrischen Aussagen, die über das geometrisch-kombinatorische Arbeiten mit Schnittpunkt-Konfigurationen noch nicht heinausgehen.

...erstmals klassische geometrische Schließungssätze in den Zustandsräumen der dynamischen Systeme mit dem entsprechenden relationalen Systemkalkül anzugegeben.



Affiner Teil

Man spricht von einem n-stelligen Relativ mit , wenn gegeben sind:

  • eine Menge von Punkten
  • eine Menge von -stelligen Relationen auf der Grundmenge

Ein zweistelliges Relativ heißt einfach graphisch, wenn es die folgenden Eigenschaften erfüllt:

  1. Scharf einfache Transitivität: . Zu zwei vorgegebenen Punkten gibt es genau eine "Verbindungs"-Relation , man setzt:
  2. Abgeschlossenheit bezüglich Gleichheitsrelation: . Gleichbedeutend ist dies damit, dass für die Gleichheitsrelation auf gilt: .
  3. Abgeschlossenheit bezüglich Inversen: . Die inverse Relation (Umkehrrelation) zu einer gegebenen Relation ist auch in enthalten.
  4. Linkstotalität:. Die Relationen genügen einer gewissen Reichhaltigkeit.

Ein zweistelliges, einfach graphisches Relativ heißt homogen, wenn gilt:

Diese Formel wird als zweistufige Homogenitätsregel bezeichnet, sie ist äquivalent zu folgendem Ausdruck:

Ein zweistelliges, einfach graphisches und homogenes Relativ heißt affines Richtungsrelativ, wenn die Relationen folgenden Eigenschaften genügen:

  1. Streng alternierende Relationen:
  2. Idempotente Relationen:
  3. Antisymmetrische Relationen:
  4. Kommutierende Relationen:

Man spricht von einem affinen Relativ , wenn das Relativ einfach graphisch und homogen ist und die Relationen in symmetrisch alternierend sind, d. h.:

  1. Symmetrie:
  2. Alternierende Relationen:

Jedes affine Richtungsrelativ stiftet ein affines Relativ , wenn gesetzt wird:

Man spricht von einer affinen Geometrie , wenn gegeben sind:

  • eine Menge von Punkten
  • eine Menge von Geraden
  • die mengentheoretische Elementbeziehung als Inzidenzrelation,
  • eine Parallelenrelation auf

und wenn die folgenden Eigenschaften gelten:

  1. Existenz und Eindeutigkeit der Verbindungsgeraden: Durch zwei verschiedene Punkte geht genau eine Gerade mit . Man setzt für diese eindeutig bestimmte Verbindungsgerade auch .
  2. Geraden sind Verbindungsgeraden: Auf jeder Gerade liegen mindestens zwei Punkte.
  3. Die Parallelenrelation ist eine Äquivalenzrelation
  4. Euklidisches Parallelenpostulat: Durch jeden Punkt geht genau eine Gerade, die zu einer gegebenen Gerade parallel ist.
  5. Konstruierbarkeit parallelähnlicher Dreiecke (Tamaschke-Axiom): Wenn ein Dreieck (drei nicht auf einer Gerade liegende Punkte) gegeben ist und zwei Punkte und derart, dass die Gerade parallel zu der Geraden liegt, so gibt es einen Punkt so, dass auch parallel zu und parallel zu liegen.


Aus einem affinen Relativ entsteht durch Anwendung des folgenden Verfahrens eine affine Geometrie

Aus einer affinen Geometrie entsteht durch Anwendung des Verfahrens ein affines Relativ

Für alle affinen Relative und alle affinen Geometrien gilt:

Affine Relative und affine Geometrien sind synonym zueinander, der (H2)-Homogenitätsregel auf der algebraischen Seite entspricht die Konstruierbarkeit parallelähnlicher Dreiecke auf der geometrischen Seite.

Die Klasse der dreistelligen affinen Relative erweist sich ebenfalls als synonym zur Klasse der affinen Geometrien. Ein zweistelliges, einfach graphisches und homogenes Relativ , also ein Relativ, dessen Relationenmenge scharf einfach transitiv, abgeschlossen gegenüber Gleichheitsrelation und Inversion, linkstotal und homogen ist, definiert mit

ein einfach graphisches dreistelliges Relativ .


Projektiver Teil

Man spricht von einer projektiven Geometrie , wenn gegeben sind:

  • eine Menge von Punkten
  • eine Menge von Geraden
  • die mengentheoretische Elementbeziehung als Inzidenzrelation,

und wenn die folgenden Axiome gelten:

  1. Existenz und Eindeutigkeit der Verbindungsgeraden: Sind und zwei verschiedene Punkte, so gibt es genau eine Gerade , die mit und inzidiert.
  2. Reichhaltigkeitsaxion: Auf jeder Geraden liegen mindestens drei Punkte
  3. Veblensches Axiom: Sind , , , vier Punkte, so dass und mit einem gemeinsamen Punkt inzidieren, so inzidieren auch und mit einem gemeinsamen Punkt.


Synonymer Zusammenhang

der sich an der Definition .. seines Lehrers... orientiert.


Man spricht von einem allgemeinen dynamischen System nach Sontag und Kalman, wenn vorgegeben werden:

  • als "Zeitmenge" eine Untergruppe  ;
  • eine nicht leere Menge , deren Elemente "Zustände" heißen;
  • eine nicht leere Menge , deren Elemente "Stellwerte" heißen;
  • eine Zustandsüberführungsfunktion
wobei eine Teilmenge ist von

und wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

  1. Nicht-Trivialität: Zu jedem Zustand gibt es mindestens ein Paar in und ein derart, dass " auf anwendbar" ist, d. h. derart, dass
  2. Restriktion: Ist anwendbar auf , so ist auch für jedes die Restriktion auf anwendbar und die Restriktion ist anwendbar auf .
  3. Halbgruppe: Sind drei reelle Zahlen mit , ist und und ist ein Zustand mit , dann ist die Verkettung auf anwendbar, und es gilt
  4. Identität: Für jedes und jedes ist die leere Abbildung auf anwendbar, und es gilt
  5. Reduktion: Es seien und es gelte , wobei gesetzt sei, so folgt .

Beispiel:

Ein lineares zeitinvariantes Mehrgrößensystem, das beschrieben wird durch

mit sowie Matrizen und mit entsprechend angepaßten Dimensionen und Anfangswert , stellt zu jedem Zeitpunkt eine Beziehung zwischen den Zuständen , deren zeitlichen Ableitungen und Eingängen her. Mit Hilfe der Matrixexponentialfuntkion für die Lösung der vektorwertigen Differentialgleichung wird ein Sontag'sches System wie folgt definiert:


Man spricht von einem Regel-Relativ wenn vorgegeben werden:

  • als "Zeitmenge" eine Untergruppe
  • eine nicht leere Menge , deren Elemente "Zustände" heißen;
  • eine nicht leere Menge von binären Relationen auf der Grundmenge
  • eine Abbildungsschar , in der zu jedem Paar mit eine Abbildung
existiert

und wenn die folgenden Eigenschaften gelten:

  1. . Auf jeden Punkt bzw. Zustand kann eine Relation angewendet werden.
  2. . Bedeutet anschaulich, daß bei gleichen betrachteten Anfangswerten, Stellgrößenverläufen und Zeitabschnitten der erreichte Zustand eindeutig ist.
  3. . Beschreibt, wie ein Stellwertverlauf sich aus zwei einzelnen Verläufen zusammensetzen kann.
  4. wobei die gemäß erklärte Relation ist und zu setzen ist für f.a. . Sichert die Konsistenz der aus konstanten Kontrollfunktionen generierten Relationen zur Relationenschar .
  5. gilt für die leere Abbildung . Ist für die Übertragung von dynamischen Systemem auf Relative lediglich von formaler Natur.

Das oben genannten lineare zeitinvariante System erzeugt ein Regel-Relativ wie folgt:

  1. Festlegen der Grundmenge , (bei .
  2. Definition der systembeschreibenden Kontrollrelationen für konstante Stellwerte u .
  3. Stückweise konstante Kontrollfunktionen werden dann mit Hilfe des einfachen Relationenproduktes gemäß Axiom 3 angegeben, für beliebig variable Funktionen geschieht dies durch den Grenzübergang in der Abbildungsschar .

Für alle Regel-Relative und alle Systeme gibt es geeignete Übergangsverfahren und für einen synonymen Zusammenhang: