Hallo Julia,
obschon Du nur um einen Ansatz batst, schicke ich Dir hier mal eine vollständige Lösung, da ich das Problem als komplex einstufe, ihm mit einer „Standardmethode“ nicht beizukommen ist und ich deshalb gar nicht weiß, welchen der notwendigen Schritte ich als „Ansatz“ bezeichnen sollte.
Ich schreibe c für Teilmenge und € für Element (geht schneller zu tippen).
Fangen wir mal an. Für die Mengengleichheit zeigt man beide Teilmengenrelationen, das weißt Du sicher; also U∩(V+W)c(U∩V)+W und (U∩V)+WcU∩(V+w).
1.) Nehmen wir zunächst U∩(V+W)c(U∩V)+W. Dafür müssen wir zeigen, dass jedes Element aus U∩(V+W) auch in (U∩V)+W liegt. Sei also x€U∩(V+W). Was wissen wir dann?
x€U;
x€(V+W), d.h.
x=v+w für ein v€V und ein w€W;
WcU laut Voraussetzung.
Was wollen wir zeigen?
x=v’+w’ für ein v’€(U∩V), d.h. v’€U und v’€V, und ein w’€W.
Diese v’, w’ müssen wir also finden. Es wäre doch schön, wenn wir w’=w und v’=v wählen könnten. Mit w’=w gibt es auch keinerlei Probleme, da w’ einfach irgendein Element aus W sein soll, und w ist ein Element aus W.
Nun aber v’=v. v’ soll ja nicht nur einfach in V liegen, sondern überdies noch in U. v’€V gilt ja laut Annahme (siehe oben: Was wissen wir), aber gilt auch v’€U?
Stellen wir mal die Gleichung „Was wollen wir zeigen?“ nach v’ um, dann steht da:
v’=x-w’.
Laut Annahme ist x€U und w’=w€WcU, also w’€U. Da U aber ein Vektorraum ist, ist damit auch v’=x-w’€U, was zu zeigen war.
2.) Nun kommt die andere Teilmengenrelation dran: Wir nehmen uns ein x€(U∩V)+W und wollen zeigen, dass es auch in U∩(V+W) liegen muss. Was wissen wir?
x=v+w für ein v€U∩V, d.h. v€U und v€V, und ein w€W;
WcU.
Und was wollen wir zeigen?
x€U und
x€V+W, d.h. x=v’+w’ für v’€V und w’€W.
Die zweite Bedingung stellt kein Problem dar, denn setzen wir wieder v’=v, w’=w, sind alle Forderungen erfüllt: v liegt in V und w in W.
Zu zeigen bleibt, dass x€U ist, aber das ist auch nicht weiter schwer:
x=v+w, aber nach Voraussetzung ist v€U und w€WcU, und U ist ein Vektorraum. Also ist auch x€U und der Beweis damit fertig.
Liebe Grüße,
Immo