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:
- Scharf einfache Transitivität:
. Zu zwei vorgegebenen Punkten
gibt es genau eine "Verbindungs"-Relation
, man setzt:

- Abgeschlossenheit bezüglich Gleichheitsrelation:
. Gleichbedeutend ist dies damit, dass für die Gleichheitsrelation
auf
gilt:
.
- Abgeschlossenheit bezüglich Inversen:
. Die inverse Relation (Umkehrrelation)
zu einer gegebenen Relation
ist auch in
enthalten.
- 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:
- Streng alternierende Relationen:

- Idempotente Relationen:

- Antisymmetrische Relationen:

- 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.:
- Symmetrie:

- 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:
- Existenz und Eindeutigkeit der Verbindungsgeraden: Durch zwei verschiedene Punkte
geht genau eine Gerade
mit
. Man setzt für diese eindeutig bestimmte Verbindungsgerade
auch
.
- Geraden sind Verbindungsgeraden: Auf jeder Gerade liegen mindestens zwei Punkte.
- Die Parallelenrelation
ist eine Äquivalenzrelation
- Euklidisches Parallelenpostulat: Durch jeden Punkt geht genau eine Gerade, die zu einer gegebenen Gerade parallel ist.
- 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:
- Existenz und Eindeutigkeit der Verbindungsgeraden: Sind
und
zwei verschiedene Punkte, so gibt es genau eine Gerade
, die mit
und
inzidiert.
- Reichhaltigkeitsaxion: Auf jeder Geraden liegen mindestens drei Punkte
- 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:
- Nicht-Trivialität: Zu jedem Zustand
gibt es mindestens ein Paar
in
und ein
derart, dass "
auf
anwendbar" ist, d. h. derart, dass 
- Restriktion: Ist
anwendbar auf
, so ist auch für jedes
die Restriktion
auf
anwendbar und die Restriktion
ist anwendbar auf
.
- Halbgruppe: Sind
drei reelle Zahlen mit
, ist
und
und ist
ein Zustand mit
, dann ist die Verkettung
auf
anwendbar, und es gilt 
- Identität: Für jedes
und jedes
ist die leere Abbildung
auf
anwendbar, und es gilt 
- 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:
. Auf jeden Punkt bzw. Zustand kann eine Relation angewendet werden.
. Bedeutet anschaulich, daß bei gleichen betrachteten Anfangswerten, Stellgrößenverläufen und Zeitabschnitten der erreichte Zustand eindeutig ist.
. Beschreibt, wie ein Stellwertverlauf sich aus zwei einzelnen Verläufen zusammensetzen kann.
wobei
die gemäß
erklärte Relation ist und
zu setzen ist für
f.a.
. Sichert die Konsistenz der aus konstanten Kontrollfunktionen generierten Relationen zur Relationenschar
.
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:
- Festlegen der Grundmenge
, (bei
.
- Definition der systembeschreibenden Kontrollrelationen
für konstante Stellwerte u
.
- 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:

