Учебник мануалов ВГУ по дискретке
.pdfТеория множеств |
11 |
|
|
||
1) |
последовательности непустых множеств Χ 1, Χ 2 ,..., Χ n ,..., такой, что |
|
Χ 1 |
Χ 2 ... и Ι Χ n = ; |
|
|
n Ν |
|
2)последовательности множеств, отличных от универсального множества
Λ , такой, что Χ 1 Χ 2 ... и Υ |
Χ n = Λ ; |
n |
Ν |
3) семейства множеств такого, что пересечение любого конечного числа множеств из этого семейства непусто, а пересечение всех множеств пусто.
|
§ 2. Прямое произведение множеств. |
|
|
||
|
|
Бинарные отношения |
|
|
|
Произведением (или |
декартовым произведением) Χ |
1 Χ |
2 двух |
||
непустых множеств Χ 1 |
и Χ 2 |
будем называть множество упорядоченных |
|||
пар (x1 , x2 ) , где |
x1 |
Χ 1 , |
x2 Χ 2 . Это понятие выросло |
из |
понятия |
декартовой системы координат. Данное понятие можно обобщить и |
на |
|||||
случай n множеств. Если Χ 1 , Χ 2 ,..., Χ n - n непустых множеств, то |
их |
|||||
произведение |
состоит |
из |
всевозможных |
упорядоченных наборов |
||
(x1 , x2 ,..., xn ) , |
xk Χ |
k , k = 1,..., n |
элементов этих множеств. Если множества |
|||
Χ 1 = Χ 2 = ... = |
Χ n = |
Χ , |
то их |
произведение |
Χ 1 , Χ 2 ,..., Χ n обозначается |
Χn . Так, символом R n обозначается множество упорядоченных векторов n
вещественных чисел.
Любое подмножество из произведения Χ Υ называется бинарным отношением. Если Χ = Υ , то бинарное отношение называется бинарным отношением на множестве Χ . Бинарные отношения обозначаются буквами φ , ρ , f ,... Если пара (x, y) принадлежит бинарному отношению ρ , то пишут
(x, y) ρ или x ρ y .
Для задания бинарного отношения ρ используют те же методы, что и
для произвольных множеств, кроме того, бинарное отношение, заданное на конечном множестве Χ , можно задать в виде графа, а бинарное отношение на множестве R можно задать в виде декартовой диаграммы. Под графом бинарного отношения мы понимаем схему, в которой элементы множества
Χ изображаются точками на плоскости, элементы x, y |
Χ |
, такие, что пара |
(x, y) ρ соединяются стрелкой, направленной от x |
к |
y , пары (x, x) ρ |
изображаются петлей вокруг точки x . Под декартовой диаграммой понимают изображение пар (x, y) ρ в декартовой прямоугольной системе
координат.
Областью определения бинарного отношения ρ называется множество
Dρ = { x Χ : y (x, y) ρ} .
Областью значений бинарного отношения ρ называется множество
Rρ = { y Υ : x (x, y) ρ} .
Теория множеств |
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Бинарное отношение ρ на множестве Χ |
называется |
рефлексивным, |
||||||
если для любого x |
Χ |
пара (x, x) ρ . Если |
Χ |
- конечное множество, то |
||||
рефлексивность бинарного отношения ρ |
означает, что на графе данного |
|||||||
бинарного отношения вокруг каждой точки x из Χ |
есть петля. Если Χ |
= R , |
||||||
то рефлексивность |
бинарного отношения |
ρ |
с |
точки зрения |
декартовой |
|||
диаграммы означает, |
что в число изображенных точек войдут все точки |
|||||||
прямой y(x) = x . |
|
|
|
|
|
|
|
|
Бинарное отношение |
ρ на множестве Χ |
называется симметричным, если |
||||||
для любых x, y Χ |
из принадлежности пары (x, y) отношению |
ρ следует |
||||||
принадлежность этому отношению также пары ( y, x) . Если |
Χ |
- конечное |
||||||
множество, то симметричность бинарного отношения ρ означает, |
что на |
графе данного бинарного отношения все присутствующие стрелки двусторонние. Если Χ = R , то симметричность бинарного отношения ρ с
точки зрения декартовой диаграммы означает, что изображенное множество
симметрично относительно прямой y(x) = |
x . |
|
|
|
|
|||
Бинарное |
отношение |
ρ |
на |
|
множестве |
Χ |
называется |
|
антисимметричным, если для любых x, y |
Χ |
из принадлежности пар (x, y) |
и |
|||||
( y, x) отношению |
ρ следует |
x = |
y . Если |
Χ - конечное множество, |
то |
антисимметричность бинарного отношения ρ означает, что на графе данного бинарного отношения все присутствующие стрелки односторонние.
|
Бинарное отношение |
ρ на множестве Χ |
называется транзитивным, |
||
если для любых x, y, z Χ |
из принадлежности пар (x, y) |
и ( y, z) отношению |
|||
ρ следует принадлежность этому отношению также пары (x, z) . |
|||||
|
Обратным отношением для ρ называется отношение |
||||
|
|
ρ − 1 = {(x, y) :( y, x) ρ} . |
|
||
|
Композицией отношений ρ1 и ρ 2 |
называется отношение |
|||
|
ρ 2 ο ρ1 = {(x, y) : z |
( x, z) ρ1 ,( z, y) ρ 2 } . |
|||
|
Для любых бинарных отношений выполняются следующие свойства: |
||||
|
1. (ρ − 1)− 1 = ρ ; |
|
|
|
|
|
2. (ρ 2 ο ρ1) − 1 = ρ1− 1 ο ρ 2− 1. |
|
|
|
|
|
Задача 1. Перечислите элементы множеств Α |
× Β , |
Β × Α : |
||
1) |
Α = {1,2} , Β ={ 3,4},5 |
; |
|
|
|
2)Α = , Β = {1,2,3,4} .
Решение. По определению |
{(a,b) : a Α , b Β } . |
Α × Β = |
13
Теория множеств
Порядок построения данного множества будет следующий: вначале перечислим все пары, первый элемент которых равен первому элементу множества Α , а второй элемент берется из множества Β в том порядке, в котором они записаны в множестве Β , затем аналогично берем второй
элемент из Α |
|
и составляем пары со всеми элементами из Β |
и т.д. |
||||||||||||||||||||
|
Аналогичен и метод построения множества |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Β Α = |
{(b, a) : b Β , a Α } . |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
(1,3),(1,4) (, 1,5) , |
|
|
|
(3,1),( 3,2) |
, |
|
|
|
|||||||||||
|
1) Α |
Β |
= |
, |
Β Α |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
(2,3),( 2,4) (, |
|
|
|
= |
(4,1),( 4,2) , . |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
2,5) |
|
|
|
(5,1),( 5,2) |
|
|
|
|
||||||||||
3) |
Α |
Β |
= |
Β |
Α |
= , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
поскольку множество |
|
Α |
пусто и мы не можем |
||||||||||||||||||||
составить ни одной пары. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Задача 2. Пусть Α |
= {3,4} |
|
. Перечислите элементы множеств Α 4 . |
||||||||||||||||||||
Решение. По определению |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Α } = |
|||||||||
|
|
|
|
Α 4 = |
{(a |
, a |
2 |
, a |
3 |
, a |
4 |
) : a Α |
, a |
2 |
Α , a |
3 |
|
Α , a |
4 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
(3,3,3,3),( 3,3,3,4) (, |
3,3,4,3) (, 3,3,4,)4 , |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(3,4,3,3),( 3,4,3,4) (, |
3,4,4,3) (, 3,4,4,)4 , |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
= |
(4,3,3,3),( 4,3,3,4) (, |
|
|
|
|
|
. |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
4,3,4,3) (, 4,3,4,)4 , |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(4,4,3,3),( 4,4,3,4) (, |
4,4,4,3) (, 4,4,4,)4 |
|
|
|
Задача 3. Пусть на плоскости задана декартова система координат. Изобразите на плоскости следующее множество:
Μ= [a,b] [ c, d] ,
где a,b, c, d R |
a < b, c < |
d . |
|
|
Μ = [a,b] [ c, d] |
Решение. |
При построении прямого произведения |
||||
каждой точке x |
из отрезка |
[a,b] |
ставятся пары |
(x, y), y |
[c, d] , поэтому в |
результате получим множество
y
c
|
|
|
|
|
a |
M |
b |
x |
|
|
|
|
|
|
d
14
Теория множеств
Задача 4. Докажите следующее равенство:
(Α ∩ Β ) ( Κ ∩ Μ ) = ( Α Κ) ∩ ( Β Μ ) .
Решение. Равенство двух множеств мы докажем с помощью двух включений, объединив их одной записью. Заметим, что элементами
множеств в данном случае являются упорядоченные пары точек. Итак, пусть |
||||||||||||
(x, y) ( |
Α ∩ Β |
) ( |
Κ ∩ Μ ) |
x ( Α ∩ Β) |
|
, y ( Κ ∩ Μ) |
|
|
||||
x Α , x Β , y Κ , y Μ x Α , y Κ , x Β , y Μ |
|
|||||||||||
(x, y) Α Κ ,( x, y) Β Μ ( x, y) ( Α Κ) ∩( Β Μ) . |
|
|||||||||||
Задача 5. |
Докажите, что для любых непустых множеств Α |
, Β , Κ из |
||||||||||
равенства (Α |
Β ) ( Β |
Α ) |
= |
Κ Κ следует, что Α = |
Β = Κ . |
|
||||||
Решение. Для доказательства данного утверждения установим два |
||||||||||||
равенства Α |
= Κ |
и Β |
= |
Κ . |
|
|
|
|
|
|
||
Для произвольных x |
Α |
и y |
Β |
|
|
|
|
|||||
(x, y) Α Β ( x, y) Κ Κ x Κ , y Κ Α Κ , Β Κ . |
|
|||||||||||
С другой стороны, |
для произвольного x Κ |
|
|
|||||||||
(x, x) Κ Κ ( |
x, x) |
Α |
Β |
или |
(x, x) |
Β Α |
|
|
||||
x Α |
и x Β Κ Α и Κ Β . |
|
|
|
|
|||||||
Таким образом, Α = |
Β |
= |
Κ . |
|
|
|
|
|
||||
Задача |
6. |
На |
множестве |
Α |
= {5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15} |
задано |
||||||
бинарное отношение |
ρ = |
{(x, y) : x делится на y} . Нарисуйте граф данного |
||||||||||
бинарного отношения. |
|
|
|
|
|
|
|
. Точки |
||||
Решение. Расположим |
на |
плоскости точки |
множества Α |
|||||||||
x, y Α |
, для которых пара (x, y) |
ρ , |
соединим стрелкой, направленной от |
|||||||||
x к y . Пары (x, x) ρ |
изобразим петлей вокруг точки x . Результатом такого |
построения будет граф
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
Теория множеств |
15 |
|
Задача 7. Для следующего бинарного отношения, определенного на множестве R , найдите область определения, область значений и нарисуйте
декартову диаграмму |
ρ = {(x, y) : x2 = y}. |
|
|
||
Решение. В соответствии с определением |
||
Dρ = |
{ x R : y |
(x, y) ρ} = R . |
Rρ = { y Υ : x (x, y) ρ} = R+ 0 .
Декартова диаграмма для данного бинарного отношения имеет вид
y
x
Задача 8. Для каждого из следующих бинарных отношений выясните, какими свойствами (рефлексивность, симметричность, антисимметричность,
транзитивность) оно обладает и какими не обладает. |
{1,2,3} ; |
||||||
1) |
ρ = |
{(1,2), (2,1),( |
1,1) (, 1,3) (, 3,)2(, 3),3} на множестве Χ = |
||||
2) |
ρ = |
{(x, y) : x − |
y Ζ } на множестве |
Χ |
= |
R ; |
|
3) |
ρ = |
{(x, y) : 2x = |
3y} на множестве Χ |
= |
Ζ |
; |
|
4) |
ρ = |
{(x, y) : x |
y} на множестве Χ |
= Ρ |
(Ζ |
) . |
|
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
1) |
Данное отношение не является рефлексивным, поскольку для точки |
|||||||
2 Χ |
пара |
(2,2) ρ ; не является симметричным, поскольку, например, пара |
||||||
(1,3) ρ , |
а пара (3,1) ρ ; не является антисимметричным, поскольку, |
|||||||
например, |
пары (1,2) и (2,1) принадлежат ρ , |
но 1 ≠ 2 ; |
не |
является |
||||
транзитивным, поскольку, например (3,2) ρ ,( 2,1) |
ρ , а (3,1) ρ . |
|
||||||
2) |
Данное отношение является рефлексивным, поскольку для любой |
|||||||
точки |
x |
R |
разность x − |
x = |
0 Ζ , т.е. (x, x) R ; |
является симметричным, |
||
поскольку |
|
принадлежность |
любой пары (x, y) |
отношению |
ρ |
означает |
||
x − y = k |
Ζ |
, но тогда |
y − |
x = − k Ζ , т.е. пара |
( y, x) ρ ; |
не |
является |
Теория множеств |
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
антисиммеричным, поскольку, например, |
пары (1.2,3.2) |
ρ и (3.2,1.2) |
ρ , |
|||||||||||||||||||
но |
3.2 ≠ 1.2 ; |
|
является |
транзитивным, |
поскольку для |
любых x, y, z |
R |
|||||||||||||||
принадлежность пар (x, y) |
и ( y, z) |
отношению ρ |
означает |
x − |
y = |
k |
Ζ |
и |
||||||||||||||
y − z = n Ζ |
, но тогда x − |
z = |
k + |
n |
Ζ , т.е. (x, z) |
ρ . |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
3) |
Данное отношение не является рефлексивным, поскольку из всех пар |
|||||||||||||||||||||
(x, x), x Ζ |
только пара |
|
(0,0) |
ρ , ведь для всех остальных |
x Ζ |
|
не |
|||||||||||||||
выполнено |
равенство |
2x = 3x ; |
не является |
симметричным, |
поскольку, |
|||||||||||||||||
например, |
пара (3,2) ρ |
( 2 3 = |
3 2 ), а пара ( |
2,3) ρ ( 2 2 ≠ |
3 3); является |
|||||||||||||||||
антисимметричным, поскольку для любых |
пар |
(x, y) |
ρ ,( y, x) |
ρ |
||||||||||||||||||
одновременно |
|
выполняются |
равенства |
2x = |
3y и |
2 y = 3x , |
т.е. |
9x = |
4x |
и |
||||||||||||
4 y = |
9 y , но это может быть только в том случае, если x = |
y = |
0 ; не является |
|||||||||||||||||||
транзитивным, |
|
поскольку, |
|
например, |
пара |
(9,6) ρ |
( 2 9 = |
3 6 ), |
пара |
|||||||||||||
(6,4) ρ ( 2 6 = |
3 4 ), но пара (9,4) |
ρ ( 2 9 ≠ |
3 4 ). |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
4) |
Данное |
отношение |
не |
является |
рефлексивным, поскольку |
для |
||||||||||||||||
|
Ρ (Ζ ) пересечение |
∩ |
|
= , |
т.е. |
( |
, |
) |
ρ ; |
является симметричным, |
||||||||||||
поскольку |
принадлежность |
любой пары |
(x, y) |
отношению ρ |
означает |
|||||||||||||||||
x ∩ |
y ≠ , |
но |
тогда |
y ∩ |
x ≠ |
|
, т.е. |
пара |
( y, x) |
ρ ; |
не |
является |
||||||||||
транзитивным, |
|
|
поскольку, |
|
например, |
|
пара |
|
({1,2} {, |
2},3 ) |
ρ |
|||||||||||
({1,2} |
∩ { 2},3 {=} |
2 ≠ |
) |
и пара ({2,3} {, 3,6},7 ) |
ρ |
({2,3} ∩ { 3,6},7 {=} |
3 |
≠ |
), |
но |
||||||||||||
пара ({1,2} {, 3,6},7 ) |
ρ , так как {1,2} ∩ { 3,6},7 |
= |
. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
Задача 9. Пусть на множестве R заданы следующие бинарные |
|||||||||||||||||||||
отношения: |
{(x, y) : x = y 2} ; ρ 2 = {(x, y) : x + y ≤ 2} ; ρ 3 = {(x, y) : x + y Ζ } |
|
|
|||||||||||||||||||
|
ρ1 = |
|
|
Найдите обратные к данным бинарным отношениям и всевозможные
композиции этих бинарных отношений. |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Решение. Вначале выпишем обратные отношения: |
||||||||
ρ − 1 |
= |
{(x, y) :( y, x) |
ρ } |
= ({ |
x, )y : y = x2 }; |
|
|
|
|
|
1 |
|
{(x, y) :( y, x) |
1 |
= ({ |
x, )y : y + x ≤ 2} = |
|
|
|
|
|
ρ − 1 |
= |
ρ } |
ρ |
2 |
; |
|
||||
2 |
|
{(x, y) :( y, x) |
2 |
= ({ |
x, )y : y + x Ζ } = |
|
|
|
||
ρ − 1 |
= |
ρ } |
ρ |
3 |
. |
|||||
3 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
В качестве примера рассмотрим некоторые композиции рассматриваемых бинарных отношений:
ρ1 ο ρ 2 = {(x, y) : z ( x, z) ρ 2 ,( |
z, y) ρ1} = |
|
|
|
|
|
|
= {(x, y) : z x + z ≤ 2, z = y 2} = |
{(x, y) : x + y 2 ≤ 2} ; |
|
|
|
|||
ρ 2 ο ρ1 = {(x, y) : z ( x, z) ρ1,( z, y) ρ 2} = |
|
|
|
|
|
|
|
= {(x, y) : z x = z 2 , z + y ≤ 2} = |
|
|
|
x + |
y ≤ 2 |
|
|
|
0, |
|
|
= |
|||
(x, y) : x ≥ |
|
+ y ≤ |
|
||||
|
|
|
− x |
2 |
|
||
= {(x, y) : x ≥ 0, − x + y ≤ 2} ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теория множеств |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ρ 2 ο ρ 3 = {(x, y) : z |
( x, z) ρ 3 ,( z, y) ρ 2} = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
= |
|
{(x, y) : z x + z Ζ , z + y ≤ 2} = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
= {(x, y) : z x + z = k Ζ , z + y ≤ 2} = ({ x, )y : k Ζ |
|
k − x + y ≤ 2} = R × R |
|
|||||||||||||||||||||||
ρ 3 ο ρ 2 = {(x, y) : z ( x, z) ρ 2 ,( z, y) ρ 3} = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
= |
|
{(x, y) : z x + z ≤ 2, z + y Ζ } = R × R . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
Остальные композиции постройте самостоятельно. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
Задача 10. Пусть Χ |
- произвольное множество, |
обозначим символом |
||||||||||||||||||||||
ΙΧ |
отношение на множестве Χ |
вида |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ΙΧ |
= {(x, y) : x = y} = ({ x,)x : x Χ } . |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Докажите, |
что |
для |
|
любого бинарного отношения ρ |
между |
элементами |
||||||||||||||||||||
множеств Α |
и Β |
выполняются равенства: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
Решение. |
|
|
|
|
ΙΒ |
ο ρ = ρ , |
|
|
ρ οΙΑ = ρ . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
} = |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Ι |
ο ρ = {(x, y) Α × Β : z Β ( x, z) ρ ,( z, y) Ι |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
= |
Β |
{(x, y) Α × Β : z Β ( x, z) ρ , z = y} = ({ x, )y |
Β Α × Β (: x,)y ρ} = ρ; |
|
|
|||||||||||||||||||||
ρ οΙΑ = {(x, y) Α × Β : z Α ( x, z) ΙΑ ,( z, y) ρ} = |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
= {(x, y) Α × Β : z Α |
x = z,( z, y) ρ} = ({ x, )y Α × Β (: x,)y ρ} = ρ. |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
Задача 11. Пусть ϕ |
,φ, χ бинарные |
отношения, |
определенные |
на |
||||||||||||||||||||
множестве Χ |
. Докажите следующие утверждения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
1) |
если ϕ ,φ |
- симметричные (антисимметричные) отношения, то (ϕ |
∩ φ) − 1 |
|||||||||||||||||||||||
- симметричное (антисимметричное) отношение; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
2) |
(ϕ \ φ) ο χ |
( ϕ ο χ ) |
\( φ ο χ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(ϕ |
|
φ) − 1 |
|
||
1. |
Пусть |
ϕ ,φ |
- |
симметричные |
отношения, |
докажем, |
|
что |
∩ |
- |
||||||||||||||||
|
|
симметричное отношение. Пусть |
|
( y, x) ϕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
(x, y) ( ϕ ∩ φ) − 1 ( y, x) ϕ ∩ φ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
( y, x) |
φ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(x, y) ϕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
симметричность ϕ ,φ |
|
|
(x, |
y) ϕ ∩ |
φ |
( |
y, x) ( ϕ |
∩ |
φ) − 1; |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
(x, y) φ |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
Пусть |
ϕ ,φ |
- |
антисимметричные отношения, |
докажем, |
что |
(ϕ |
∩ |
φ) − 1 |
- |
|||||||||||||||
антисимметричное отношение. Пусть |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
(x, y) ( ϕ ∩ φ) |
− 1 |
|
( y, x) |
ϕ ∩ |
φ |
|
(x, y),( y, x) |
|
ϕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(x, y) |
ϕ ∩ φ |
|
(x, y),( y, x) |
φ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
− 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
( y, x) ( ϕ ∩ φ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
антисимметричность ϕ ,φ |
x = |
y . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
2. |
Докажем требуемое включение. Пусть |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
(x, y) ( ϕ ο χ ) |
\( |
φ ο χ) |
|
( |
x, )y ϕ ο χ , |
( |
|
x,)y φ ο χ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Теория множеств |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
z |
(x, z) χ |
|
|
|
|
( |
|
) |
χ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
y) ϕ |
|
|
|
|
x, z |
|
|
|
(x, z) χ |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
(z, |
|
|
|
|
(z, y) ϕ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
z |
( |
|
) |
χ |
z |
|
|
z |
|
(z, y) ϕ \ φ |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
x, z |
|
|
|
|
|
(z, y) φ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
y) |
φ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(z, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
(x, y) ( ϕ \ φ) οχ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задачи для самостоятельного решения |
|
|
|
|
||||||||||||
1. |
Пусть Χ |
|
= { , } |
. Перечислите все элементы множеств Χ |
3 , Χ |
4 . |
|
|
|||||||||||||||||
2. |
Найдите геометрическую интерпретацию множества |
Α |
× Β , |
где Α |
- |
||||||||||||||||||||
множество точек отрезка |
[0,1] , а |
Β |
- множество точек квадрата с вершинами |
||||||||||||||||||||||
в точках |
(0,0),( |
0,1) |
,( |
1,0) (, 1),1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
3. |
Доказать, |
|
что |
(Α |
Β |
|
) ( Κ Μ ) |
( |
Α |
Κ) ( Β |
Μ ) |
. |
При |
каких |
|||||||||||
Α |
, Β |
, Κ , Μ включение можно заменить равенством. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
4. |
Доказать, что для произвольных множеств Α , Β , Κ : |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
1) |
(Α |
Β |
) |
Κ = |
( Α Κ) |
|
( |
Β Κ) |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
2) |
(Α \ Β |
) × Κ = |
( |
Α × Κ) \( |
|
Β × Κ) |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
3) |
Α (Β \ Κ ) = ( Α Β ) \( |
|
Α Κ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
5. |
Пусть |
Α |
|
≠ |
|
, Β |
|
≠ |
и |
( |
Α Β |
) ( Β |
Α |
) |
= Κ Μ . |
Доказать, что в этом |
|||||||||
случае Α |
= |
Β |
= |
|
Κ |
= |
Μ . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
6. |
Перечислите все элементы бинарного отношения ρ и нарисуйте его граф: |
||||||||||||||||||||||||
1) |
ρ = {(x, y) : x < |
y} на множестве Χ |
= {1,2,3,4,5} ; |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
2) |
|
ρ = |
{(x, y) : y = |
x + |
1} |
на множестве Χ |
= |
{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10} . |
|
|
|||||||||||||||
7. |
Для каждого из следующих бинарных отношений, определенных на |
||||||||||||||||||||||||
множестве R , |
найдите область определения, область значений и нарисуйте |
||||||||||||||||||||||||
декартову диаграмму: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
1) |
ρ = |
{(x, y) |
: x ≤ y} ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
2) |
|
ρ = |
{(x, y) : x = y} ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
3) |
|
ρ = |
{(x, y) : x2 + 4 y 2 ≤ 1} ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
4) |
|
ρ = |
{(x, y) : x2 = y 2} ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
5) |
|
ρ = |
{(x, y) : y = |
log2 x} |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
6) |
|
ρ = |
{(x, y) : y = |
sin x} . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
8. |
Даны |
бинарные |
отношения |
ρ |
между |
элементами множеств |
Α и |
Β , |
найдите область определения и область значений для данных бинарных
отношений:
1) Α = {1,2,3,4,5} , Β = {{}1{ , }1{,2 ,} {2},5 , 3} , ρ = ({ x, )y Α × Β : x y} ;
Теория множеств |
|
|
|
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2) |
Α = Ζ × Ζ , Β = Q, |
ρ |
= |
|
((a,b), c) |
Α × Β : c = |
a |
; |
|
|
|
|
|||||||
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
3) |
Α = Ζ , Β = Q, ρ = |
{(x, y) Α × Β : x y = 1} ; |
|
|
|
||||
4) |
Α = Ζ , Β = Q, ρ = |
{(x, y) Α × Β : b = 2a }. |
|
|
|
9. Для каждого из следующих бинарных отношений выясните, какими
свойствами (рефлексивность, симметричность, антисимметричность, |
||||||||||
транзитивность) оно обладает и какими не обладает: |
||||||||||
1) |
ρ = |
{(x, y) R × R : x2 = y 2} ; |
|
|
||||||
2) |
ρ = |
{(x, y) R × R : x2 + y 2 = 1} ; |
|
|||||||
3) |
ρ = |
{(x, y) R × R : x y > |
1} ; |
|
|
|||||
4) |
ρ = |
{(x, y) R × R : y = |
|
x} ; |
|
|
||||
|
|
|
||||||||
5) |
ρ = |
{(x, y) R × R : x + x2 = y + y 2} ; |
|
|||||||
6) |
ρ = {(x, y) Ζ × Ζ : x ≤ y + 1} ; |
|
|
|||||||
7) |
ρ = |
{(x, y) Ζ |
× Ζ : 3 делится на x + y} |
; |
||||||
8) |
ρ = {(x, y) Ρ (Ζ ) × Ρ (Ζ ) : x |
y} ; |
|
|||||||
9) |
ρ = {(x, y) Ρ (Ζ ) × Ρ (Ζ ) : x ∩ y = } . |
|
||||||||
10. Пусть |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ρ1 = |
{(x, y) R × R : x = y 2 }; |
ρ 2 = {(x, y) R × R : x + y ≤ 5} ; |
||||||||
ρ 3 = |
{(x, y) R × R : x3 = y} ; |
ρ 4 = |
{(x, y) |
R × R : y = sin x} . |
||||||
Найдите всевозможные композиции ρ i ο ρ k |
i, k = 1,2,3,4. |
|||||||||
11. Покажите, что равенство |
ϕ οφ = φ οϕ |
верно не для любых бинарных |
||||||||
отношений. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
12. Докажите, |
что |
для |
любого |
бинарного отношения ρ выполняются |
||||||
условия: |
Dρ − 1 = |
Rρ |
и Rρ − 1 |
= Dρ . |
|
|
||||
13. Пусть |
ϕ ,φ, χ - бинарные отношения, определенные на некотором |
|||||||||
множестве. Докажите следующие утверждения: |
||||||||||
1) (ϕ \ φ) − 1 = ϕ − 1 \ φ − 1; |
|
|
|
|
|
|
||||
2) |
(ϕ ∩ φ) οχ ( ϕ ο χ ) ∩ ( φ ο χ) ; |
|
|
|||||||
3) |
(ϕ οφ) − 1 = φ − 1 οϕ − 1 ; |
|
|
|
|
|
|
|||
4) |
(ϕ φ) − 1 = ϕ − 1 φ − 1; |
|
|
|
||||||
5) |
(ϕ φ) ο χ = ( ϕ ο χ ) ( φ ο χ) . |
|
|
14. Приведите примеры бинарных отношений:
1) рефлексивных и транзитивных, но не антисимметричных;
2)транзитивных и симметричных, но не рефлексивных;
3)рефлексивных и симметричных, но не транзитивных;
4)рефлексивных и транзитивных, но не симметричных.
Теория множеств |
|
20 |
|
|
|
|
|
15. Докажите, |
что если |
ρ - транзитивное и симметричное бинарное |
|
отношение на множестве Α |
, область определения которого совпадает с |
Α , |
|
то ρ рефлексивно. |
|
|
|
|
§ 3. Специальные бинарные отношения |
|
|
Рефлексивное, симметричное и транзитивное отношение ρ |
на |
||
множестве Χ |
называется |
отношением эквивалентности на множестве Χ . |
Для отношения эквивалентности вместо записи (x, y) ρ часто используют
запись x ≈ y (читается : x эквивалентен y )
Классом эквивалентности, порожденным элементом x , называется
подмножество множества Χ , |
состоящее из тех |
элементов |
y |
Χ , |
для |
|
которых (x, y) ρ . Класс эквивалентности, порожденный |
элементом |
x , |
||||
обозначается через [x] : |
|
: (x, y) ρ} . |
|
|
|
|
[x] = { y Χ |
|
|
|
|
||
Разбиением множества |
Χ |
называется |
совокупность |
попарно |
||
непересекающихся подмножеств Χ |
таких, что каждый элемент множества |
Χпринадлежит одному и только одному из этих подмножеств. Всякое
разбиение множества Χ определяет на Χ |
отношение эквивалентности ρ : |
(x, y) ρ тогда и только тогда, когда |
x и y принадлежат одному |
подмножеству разбиения. С другой стороны, всякое отношение
эквивалентности ρ определяет разбиение |
множества Χ |
на классы |
эквивалентности относительно этого отношения. |
|
|
Совокупность классов эквивалентности |
элементов множества Χ по |
|
отношению эквивалентности ρ называется фактор-множеством множества |
Χ по отношению ρ и обозначается Χ |
/ ρ . |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Рефлексивное, антисимметричное и транзитивное отношение |
|||||||||||
называется |
отношением частичного |
порядка |
на |
множестве Χ |
и |
вместо |
||||||
записи |
(x, y) ρ |
для данного отношения часто используют запись |
x ≤ y . |
|||||||||
Отношение частичного порядка |
на множестве Χ |
, для которого любые два |
||||||||||
элемента сравнимы, т.е. для любых |
x, y Χ |
|
выполнено либо |
x ≤ y , |
либо |
|||||||
y ≤ x , |
называется |
отношением |
линейного |
порядка. |
Множество |
Χ |
с |
|||||
заданным на нем частичным (линейным) |
порядком называется частично |
|||||||||||
(линейно) упорядоченным. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Пусть |
Χ - |
непустое конечное множество, |
на котором задано отношение |
|||||||||
частичного |
порядка. Запишем |
x < y , если |
x ≤ y и |
x ≠ y . Говорят, |
что |
элемент y покрывает элемент x , если x < y и не существует такого элемента
u , что x < u < y . Для x < y можно записать x = x1 < x2 < ... < xn = y , где xi+ 1 покрывает xi .
Частично упорядоченные множества можно изображать с помощью так называемых диаграмм Хассе. На диаграмме Хассе элементы частично