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2025-12-23T15:48:08Z

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Ein '''Hilfssatz''' oder '''Lemma''' ({{grcS|λῆμμα|lēmma}} ‚Einnahme‘, ‚Annahme‘; [[Plural]]: „Lemmata“)<ref>Wilhelm Pape: ''Handwörterbuch der griechischen Sprache''. Braunschweig, 1914, Band 2, S. 39, Stichwort λῆμμα. ([http://www.zeno.org/Pape-1880/A/%CE%BB%E1%BF%86%CE%BC%CE%BC%CE%B1 bei zeno.org])</ref> ist eine [[Mathematik|mathematische]] oder [[Logik|logische]] Aussage, die im Beweis eines [[Satz (Mathematik)|Satzes]] verwendet wird, der aber selbst nicht der Rang eines Satzes eingeräumt wird. Die Unterscheidung von Sätzen und Lemmata ist fließend und nicht objektiv. Der Begriff „Lemma“ lässt sich auch mit „Stichwort“ oder auch „Hauptgedanke“ übersetzen. Dies signalisiert, dass es sich um einen Schlüsselgedanken handelt, der in vielen Situationen nützlich ist.<ref>{{Literatur|Autor=[[Albrecht Beutelspacher]]|Titel=Das ist o.B.d.A. trivial!|Verlag=Vieweg Verlag|Ort=Wiesbaden|Jahr=1992|Auflage=2.|ISBN=3-528-16442-5|Seiten=13f}}</ref>

== Beispiele ==
=== Berühmte Lemmata ===
Lemmata tragen häufig die Namen ihres Entdeckers. Beispiele hierfür sind:
* [[Lemma von Zorn]]
* [[Lemma von Sperner]]
* [[Lemma von Euklid]]
* [[Lemma von Gauß]]
*[[Reihe (Gruppentheorie)#Lemma von Zassenhaus|Lemma von Zassenhaus]] (auch ''Schmetterlingslemma'') über subnormale Reihen von Gruppen
*[[Lemma von Margulis#Lemma von Margulis (gruppentheoretische Formulierung)|Lemma von Margulis]] (häufiger ''Lemma von Margulis-Zassenhaus'' oder auch ''Lemma von Kazhdan-Margulis-Zassenhaus'') über Matrizengruppen

Weitere Beispiele finden sich in der [[Liste mathematischer Sätze]].

=== Beispiel für die Nutzung eines Lemmas ===
Man kann beispielsweise zeigen, dass <math>\sqrt{2}</math> [[Irrationale Zahl|irrational]] ist (als Satz), wenn man voraussetzen kann, dass [[Quadrat (Arithmetik)|Quadrate]] gerader Zahlen wieder gerade sind, Quadrate ungerader Zahlen jedoch stets ungerade Zahlen ergeben (diese Aussage entspräche dem Lemma). Um strukturierter vorzugehen, beweist man die beiden Tatsachen einzeln, wobei die Tatsache des Hilfssatzes (des Lemmas) später auf weitere Fälle oder Beweise angewendet werden kann, wohingegen der „Satz“ eine spezielle Aussage liefert.

Um das vorangegangene Beispiel umzusetzen, ginge man (zum Beispiel in einer [[Vorlesung]]) folgendermaßen vor.

'''Lemma:''' Quadrate gerader und ungerader ganzer Zahlen sind stets gerade bzw. ungerade.

'''Beweis:''' Sei <math>x \in \mathbb{Z}</math> vorgegeben. Zu zeigen ist, dass <math>x^2</math> der entsprechenden Behauptung genügt, d. h. wenn <math>x = 2y</math> (gerade) bzw. <math>x = 2y+1</math> (ungerade) für ein <math>y \in \mathbb{Z}</math> ist, dann ist <math>x^2</math> gerade bzw. ungerade.

Beide Fälle werden separat behandelt. Im ersten Fall (<math>x = 2y</math>) hat man <math>x^2 = (2y)^2 = 2^2 \cdot y^2</math> (gemäß den [[Potenz (Mathematik)#Potenzgesetze|Potenzrechenregeln]]) <math>= 2 \cdot 2y^2</math>, also eine gerade Zahl. Im anderen Fall (<math>x = 2y+1</math>) ergibt sich <math>x^2 = (2y+1)^2 = (2y)^2 + 2 \cdot 2y \cdot 1 + 1^2</math> (nach [[Binomische Formel|Binomischer Formel]]) <math>= 2 \cdot (2y^2+2y)+1</math>, also eine ungerade Zahl.

'''Satz:''' <math>\sqrt {2}</math> ist irrational, also gilt <math>\sqrt 2 \in \mathbb{R}\setminus\mathbb{Q}</math>.

'''Beweis:''' Die behauptete Aussage wird bewiesen, indem die Annahme, das Gegenteil sei richtig, zum Widerspruch geführt wird (Widerspruchsbeweis).

Es wird angenommen, es gelte <math>\sqrt 2 \in \mathbb{Q}</math>. Dann gibt es zueinander [[Teilerfremdheit|teilerfremde]] <math>a \in \mathbb{Z}</math> und <math>b \in \mathbb{N}</math> mit <math>\sqrt 2 = \frac{a}{b}</math>. Quadriert man diese Gleichung und multipliziert beide Seiten mit <math>b^2</math>, erhält man <math>2 \cdot b^2 = a^2</math>. Weil die linke Seite gerade ist, ist auch die rechte gerade. Nach dem vorausgegangenen Lemma ist dann auch <math>a</math> gerade (denn wäre <math>a</math> ungerade, wäre <math>a^2</math> ungerade) und es gibt ein <math>c \in \mathbb{Z}</math> mit <math>a = 2c</math>. Aus der Gleichung folgt <math>b^2 = \frac{a^2}{2} = \frac{(2c)^2}{2} = 2c^2</math>, woraus man erkennt, dass <math>b^2</math> und damit auch <math>b</math> (wieder wegen des Lemmas) gerade sind. Dies widerspricht der Annahme, dass <math>a</math> und <math>b</math> teilerfremd gewählt worden sind. Damit ist die Annahme, <math>\sqrt {2}</math> sei rational, falsch und der Satz ist bewiesen.

Beim Beweis wurde zweimal das vorausgehende Lemma benutzt.

== Weblinks ==
* [[Doron Zeilberger]], [https://sites.math.rutgers.edu/~zeilberg/Opinion82.html Opinion 82: A Good Lemma is Worth a Thousand Theorems] (englisch)

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Logik]]
[[Kategorie:Satz (Mathematik)| Hilfssatz]]

Hilfssatz - Versionsgeschichte

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