Zbiory. Specjalnym zbiorem jest zbiór pusty nie zawierajacy żadnych elementów. Oznaczamy go symbolem.

Transkrypt

1 Zbiory Pojęcie zbioru jest w matematyce pojęciem pierwotnym, którego nie definiujemy. Gdy a jest elementem należacym do zbioru A to piszemy a A. Stosujemy również oznaczenie a / A jeżeli (a A). Będziemy zakładać, że dla dowolnego a potrafimy rozstrzygnać czy a A czy a / A. Specjalnym zbiorem jest zbiór pusty nie zawierajacy żadnych elementów. Oznaczamy go symbolem.

2 Zbiory Zbiór możemy określić na następujace sposoby: Wyliczajac wszystkie elementy. A = {a, b, c, d} Podajac precyzyjny przepis na generowanie kolejnych elementów. B = {2, 4, 6,...} Stosujac postać {a : P(a)}, gdzie P(a) jest predykatem jednoargumentowym w określonej interpretacji. C = {n : (n N) (n dzieli się przez 3)} Podajac precyzyjna nazwę zbioru. A = Zbiór laureatów nagrody Nobla

3 Zbiory Zbiory A i B sa równe jeżeli maja takie same elementy. A = B x (x A x B) W określaniu zbioru nie ma znaczenia kolejność elementów. Np: Również {a, b, c} = {b, a, c} {a, a, b, c} = {a, b, c} zatem w określeniu zbioru usuwamy powtarzajace się elementy.

4 Zbiory Zbiór A jest podzbiorem zbioru B, co oznaczamy jako A B, jeżeli każdy element należacy do A należy również do B. A B x (x A x B) {a, b, c} {a, c, b, d, e}. {Sienkiewicz, Einstein} Zbiór laureatów nagrody Nobla Zbiorem potęgowym zbioru A nazywamy zbiór wszystkich podzbiorów zbioru A. Zbiór potęgowy oznaczamy symbolem 2 A. 2 {a,b,c} = {,{a},{b},{c},{a, b},{a, c},{b, c},{a, b, c}} Jeżeli A zawiera n elementów, to 2 A zawiera 2 n elementów.

5 Zbiory - ćwiczenie Uzasadnij, że: 1 A dla każdego A. 2 A 2 A dla każdego A. 3 A = B ((A B) (B A)) dla dowolnych A i B. 4 Nie jest prawda, że {a} {{a},{a, b}}. 5 Nie jest prawda, że A 2 A.

6 Wprowadzamy następujace operacje na zbiorach: A B = {a : a A a B} [suma] A B = {a : a A a B} [iloczyn] A\B = {a : a A a / B} [różnica] A B = (A B)\(A B) [różnica symetryczna] A = U \ A [dopełnienie] gdzie U jest pewnym zbiorem, zwanym uniwersum.

7 Diagramy Venna

8 Przykład: U = {0, 1, 2, 3,...} A = {2, 4, 6, 8,...} B = {1, 2, 3, 4, 5} Zachodzi: A B = {2, 4} A B = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12,...} A\B = {6, 8, 10,...} B \ A = {1, 3, 5} A = {1, 3, 5, 7,...}

9 Prawa algebry zbiorów można udowodnić korzystajac z praw logiki. Udowodnić prawo: A (B \ C) = (A B)\(A C) x (A B)\(A C) x (A B) x / (A C) (x A x B) (x A x C) (x A x B) (x / A x / C) (x A x B x / A) (x A x B x / C) x A (x B x / C) x A x B \ C x A (B \ C) Ćwiczenie - udowodnij powyższe prawo wykorzystujac diagramy Venna.

10 Udowodnić prawo: ((A B) (B C)) (A C) Oznaczamy: p - x A q - x B r - x C Tłumaczymy prawo na język logiki: ((p q) (q r)) (p r) I dowodzimy (dowolna metoda), że powyższa formuła jest tautologia.

11 Wybrane prawa algebry zbiorów: T1. (A B) = (B A) T2. (A B) = (B A) T3. A (B C) = (A B) C T4. A (B C) = (A B) C T5. A (B C) = (A B) (A C) T6. A (B C) = (A B) (A C) T7. A = A T8. A = T9. (A B) = A B T10. (A B) = A B

12 Sylogistyka Sylogistyka jest działem logiki badajacym zdania typu: każde S jest P, niektóre S sa P, żadne S nie jest P, niektóre S nie sa P, gdzie S i P sa pewnymi predykatami jednoargumentowymi. Jeżeli ustalimy uniwersum U, to możemy utożsamić predykaty P(x) i Q(x) z podzbiorami A = {x : P(x)} i B = {x : Q(x)} w U. Wówczas: każde S jest P: A B (równoważnie A B = ) niektóre S sa P: A B żadne S nie jest P: A B = niektóre S nie sa P: A B

13 Sylogistyka Szary obszar oznacza zbiór pusty a krzyżyk oznacza zbiór niepusty.

14 Sylogistyka Żaden rozumny człowiek nie jest nacjonalista. Niektórzy politycy sa nacjonalistami. Zatem niektórzy politycy nie sa ludźmi rozumnymi. U - zbiór ludzi R - zbiór ludzi rozumnych N - zbiór nacjonalistów P - zbiór polityków. (R N = P N ) (P R )

15 Sylogistyka Rysujemy założenia na diagramie Venna. Otrzymujemy od razu tezę P R. Nie można narysować założeń w ten sposób aby nie spełnić tezy!

16 Sylogistyka Żaden humanista nie jest racjonalista. Pewni matematycy nie sa humanistami. Zatem pewni matematycy sa racjonalistami. U - zbiór ludzi H - zbiór humanistów R - zbiór racjonalistów M - zbiór matematyków (H R = M H ) (M R )

17 Sylogistyka Można narysować założenie tak aby teza nie była spełniona. Rozumowanie jest więc niepoprawne.

18 Iloczyn kartezjański zbiorów Iloczynem kartezjańskim zbiorów A i B nazywamy zbiór wszystkich par uporzadkowanych, których pierwszy element należy do A a drugi do B: A B = {< x, y >: x A y B}

19 Iloczyn kartezjański zbiorów Przykład: A = {1, 2, 3, 4} B = {a, b, c} A B = < 1, a >,< 1, b >,< 1, c >, < 2, a >,< 2, b >,< 2, c >, < 3, a >,< 3, b >,< 3, c >, < 4, a >,< 4, b >,< 4, c >

20 Iloczyn kartezjański zbiorów A = [2, 4] B = [5, 8]

21 Iloczyn kartezjański zbiorów Iloczyn Kartezjański nie jest przemienny ani łaczny, tj. w ogólnym przypadku: A B B A (A B) C A (B C) Iloczyn Kartezjański jest rozdzielny względem sumy, różnicy i iloczynu zbiorów, tj. (A B) C = (A C) (B C) (A B) C = (A C) (B C) (A\B) C = (A C)\(B C)

22 Iloczyn kartezjański zbiorów Dowód dla sumy: < x, y > (A B) C x (A B) y C (x A x B) y C (x A y C) (x B y C) < x, y > A C < x, y > B C < x, y > (A C) (B C) Dowód pozostałych dwóch praw na ćwiczeniach.

23 Relacje Relacja dwuczłonowa nazywamy podzbiór iloczynu kartezjańskiego zbiorów A i B. Zatem R A B. Jeżeli < x, y > R to mówimy, że x i y sa w relacji R. Piszemy również xry. Przykład: A - zbiór kobiet. B - zbiór mężczyzn. R = {< x, y > A B : x jest żona y} lub równoważnie xry x jest żona y.

24 Relacje Relacja w zbiorze A nazywamy podzbiór A A. Przykład: R - zbiór liczb rzeczywistych. R 1 = {< x, y > R R : x > y} (relacja większości) R 2 = {< x, y > R R : y = x 2 } Przedstaw graficznie powyższe relacje.

25 Funkcje Funkcja ze zbioru A w zbiór B nazywamy relację F A B spełniajac a następujace dwa warunki: 1 x y < x, y > F 2 x y z ((< x, y > F < x, z > F) (y = z)) Relacja jest więc funkcja jeżeli dla każdego x A istnieje dokładnie jeden y B taki, że < x, y > F. Możemy więc napisać y = F(x) zamiast < x, y > F.

26 Funkcje Które z ponizszych relacji sa funkcjami? 1 R 1 = {< x, y > R R : x > y} 2 R 2 = {< x, y > R R : x + y = 0} 3 A- zbiór żonatych mężczyzn, B- zbiór kobiet, R 3 = {< x, y > A B : x jest mężem y} 4 A- zbiór studentów, B- zbiór przedmiotów, R 4 = {< x, y > A B : x uczęszcza na y}

27 Rodzaje relacji Relacja R w zbiorze A jest zwrotna jeżeli x xrx Relacja R w zbiorze A jest przeciwzwrotna jeżeli x xrx Relacja R w zbiorze A jest spójna jeżeli x y (xry yrx x = y)

28 Rodzaje relacji Relacja R w zbiorze A jest symetryczna jeżeli x y (xry yrx) Relacja R w zbiorze A jest przeciwsymetryczna jeżeli x y (xry (yrx)) Relacja R w zbiorze A jest antysymetryczna jeżeli x y ((xry yrx) (x = y))

29 Rodzaje relacji Relacja R w zbiorze A jest przechodnia jeżeli x y z ((xry yrz) xrz)

30 Diagram relacji Relację w zbiorze skończonym A można przedstawić graficznie. A = {1, 2, 3, 4} R = {< 1, 1 >,< 1, 2 >,< 2, 3 >,< 2, 4 >,< 4, 3 >} Jaka własność posiada wykres relacji będacej funkcja? Jaka własność posiada wykres relacji dla każdego z rodzajów relacji?

31 Rodzaje relacji Określ jakie własności posiadaja następujace relacje: 1 A = {0, 1, 2, 3} i mrn m n jest podzielne przez 2. 2 N = {1, 2, 3, 4,...} i mrn m dzieli n. 3 A - zbiór ludzi i arb a jest bratem lub siostra b.

32 Rodzaje relacji Relacja R jest relacja równoważności w zbiorze A jeżeli jest zwrotna, symetryczna i przechodnia. Przykłady: Zbiór liczb rzeczywistych R i zwykła relacja równości. Zbiór liczb naturalnych N i relacja mrm m, n daja taka sama resztę z dzielenia przez 3 Zbiór prostych na płaszczyźnie i relacja: arb a jest równoległa do b

33 Rodzaje relacji Relacja R jest relacja porzadkuj ac a w zbiorze A jeżeli jest zwrotna, antysymetryczna i przechodnia. Przykłady: Zbiór liczb rzeczywistych R i relacja. Zbiór wektorów x = [x 1,...,x n ] R n i relacja xry x i y i dla każdego i = 1,...,n Niepusta rodzina zbiorów A. ARB A B

34 Rodzaje relacji Relacja porzadkuj aca R jest relacja liniowego porzadku w zbiorze A jeżeli dodatkowo jest spójna. Relacja taka całkowicie porzadkuje zbiór A. Przykład: Zbiór liczb rzeczywistych R i relacja.