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Darstellung von Vektoren

Unter einem Vektor versteht man die Menge aller Pfeile, die gleich lang, zueinander parallel und gleich orientiert sind.
Ein einzelner Pfeil aus dieser Menge heißt ein Repräsentant des Vektors.

Aus dieser Begriffsfestlegung ergibt sich die Möglichkeit, Vektoren in der Ebene und im Raum durch gerichtete Strecken darzustellen.

Fasst man Vektoren (allgemeiner) als n-Tupel reeller Zahlen auf, so führt dies zu einer Darstellung in Form einspaltiger bzw. einzeiliger Matrizen (Spalten- bzw. Zeilenvektoren).

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Beispielsweise lassen sich zwei Vektoren a →       u n d       b → mit a → ≠ b → in der in der folgenden Abbildung angegebenen Weise darstellen.

  • Vektoren als gerichtete Strecken

Neben dieser aus der Anschauung sowie vor allem aus physikalischen Sachverhalten gewonnenen Auffassung des Begriffs Vektor steht die abstraktere algebraische Erklärung des Vektorbegriffs als n-Tupel reeller Zahlen.

Davon ausgehend wird dann ein Vektor als eine spezielle Matrix, nämlich als eine einspaltige Matrix (oder Spaltenvektor) bzw. eine einzeilige Matrix (oder Zeilenvektor) in folgender Form geschrieben:
  ( a 1 a 2 ... a n )   b z w .   ( a 1 a 2 ... a n )       m i t       a i ∈ ℝ

Anmerkung:
Für die schreibtechnisch günstigere Darstellung eines Spaltenvektors
a → = ( a 1 a 2 ... a n )
als Zeilenvektor (transponierter Spaltenvektor) wird mitunter auch die Schreibweise a → T = ( a 1 a 2 ... a n ) genutzt.

Im (räumlichen) kartesischen Koordinatensystem dient der Vektor in der Form des Ortsvektors auch zur Beschreibung der Lage von Punkten.
Der zum Punkt P 1 ( x 1 ;     y 1 ;     z 1 ) gehörende Ortsvektor würde dann folgendermaßen geschrieben:
  p 1 → = ( x 1 y 1 z 1 )

  • Ortsvektor eines Punktes (im räumlichen kartesischen Koordinatensystem)
Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Darstellung von Vektoren ." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/mathematik-abitur/artikel/darstellung-von-vektoren (Abgerufen: 20. May 2025, 08:40 UTC)

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Basen und Dimension von Unterräumen

Sind a 1 → ,       a 2 → ,       ...,       a m → Vektoren eines Vektorraumes V, so ist die Menge aller Linearkombinationen dieser Vektoren bezüglich der Addition und der Vervielfachung in V wieder ein Vektorraum, d.h. ein Unterraum von V. Die Menge { a 1 → ,     a 2 → ,     ...,     a m → } wird ein Erzeugendensystem des Unterraumes U genannt.
Von besonderem Interesse ist ein minimales Erzeugendensystem für U, d.h. ein System mit kleinstmöglicher Zahl m, welches dann Basis von U genannt wird.

Für die folgenden Betrachtungen werden die Begriffe der linearen Unabhängigkeit bzw. der linearen Abhängigkeit von Vektoren benötigt.

Kollinearität von Punkten (und Vektoren)

Punkte bezeichnet man als kollinear, wenn sie auf ein und derselben Geraden liegen. Zwei (verschiedene) Punkte sind stets kollinear, da sie eindeutig eine Gerade bestimmen.
Vektoren, deren Repräsentanten auf einer Geraden bzw. auf parallelen Geraden liegen, werden als kollineare Vektoren bezeichnet.

Die Lage eines Punktes P zu einer Geraden g (Lagebeziehung von Punkt und Gerade) kann auf verschiedene Weise untersucht werden. Im Folgenden wird dies – getrennt für die Ebene und den Raum – an Beispielen demonstriert.

Unterräume und Erzeugendensysteme

Die Betrachtung der Bedingungen der Vektorraumdefinition führen zur Definition eines Unterraumes sowie dem Unterraumkriterium und weiter zum Begriff des Erzeugendensystems. Es werden Beispiele von Unterräumen spezieller Vektorräume angeführt.

Linear unabhängige Vektoren (Linearkombination)

Es seien a 1 → ,       a 2 → ,       ...,       a n → Vektoren eines Vektorraumes V (mit o → als dem Nullvektor).

  • Die Vektoren a 1 → ,       a 2 → ,       ...,       a n → heißen genau dann linear unabhängig, wenn die Gleichung λ 1 a 1 → + λ 2 a 2 → + ... + λ n a n → = o → nur für λ 1 = λ 2 = ... = λ n = 0 erfüllt ist.
    Anderenfalls heißen die Vektoren a 1 → ,       a 2 → ,       ...,       a n → linear abhängig.
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