Matematyka dyskretna. Andrzej Łachwa, UJ, /14

Transkrypt

1 Matematyka dyskretna Andrzej Łachwa, UJ, /14

2 Funkcje Funkcja o dziedzinie X i przeciwdziedzinie Y to dowolna relacja f X Y taka, że x X!y Y: (x,y) f. Dziedzinę i przeciwdziedzinę funkcji oznaczamy przez Dom(f) i Im(f). Przykłady długość słowa, gdzie słowo powstałe z doklejenia słowa za.

3 Surjekcja to funkcja f: X Y spełniająca warunek Piszemy wtedy, czytamy X na Y. Injekcja to funkcja f: X Y spełniająca warunek. Piszemy. Injekcje często są nazywane funkcjami różnowartościowymi. Bijekcja to funkcja, która jest jednocześnie surjekcją i injekcją. Nazywamy ją również przekształceniem wzajemnie jednoznacznym.

4 Wykresem funkcji liczbowo-liczbowej nazywamy zbiór punktów na układzie współrzędnych, gdzie argument jest odciętą punktu, a wartość funkcji jest rzędną. Na rysunkach pokazuje się zwykle fragment wykresu (najbardziej interesujący). Funkcja charakterystyczna zbioru A w przestrzeni S to χ A : S {0, 1}; χ A (x)=1 dla x A, 0 wpp Funkcja dwóch zmiennych to funkcja, której dziedziną jest zbiór par (wciąż jednak zbiór!). Piszemy np. f: XG Y Z. Podobnie można zdefiniować funkcje trzech i więkkszej liczby zmiennych.

5 Obcięciem funkcji f: A B do zbioru C nazywamy funkcję f C : C B; f C (x) = f(x) dla x C. Traktując funkcję f: X Y jako relację f X Y (zbiór par), możemy rozważać relację f -1 odwrotną do f. Kiedy ta relacja jest funkcją? Funkcja posiada funkcję odwrotną, wtedy i tylko wtedy, gdy jest bijekcją. W takim przypadku funkcja odwrotna to relacja odwrotna. Przykład konstrukcji funkcji odwrotnej:,

6 Wartość bezwzględna to funkcja : R R; x =x dla x 0, x wpp Własności: x y = x y, x+y x + y Oznaczenia niektórych funkcji: o log x to logarytm z liczby x przy podstawie 10, o lg x to logarytm z liczby x przy podstawie 2, o ln x to logarytm z liczby x przy podstawie e. Złożenie f g funkcji f: X Y i funkcji g: Y Z to funkcja h: X Z określona dla wszystkich argumentów jako h(x)=g(f(x)). Złożenie f g bywa oznaczane jako gf. Czy dziedzina funkcji g może być większa niż przeciwdziedzina funkcji f w złożeniu f g? Przemienność: zwykle nie zachodzi równość f g=g f.

7 Łączność: dla funkcji zachodzi (h g) f=h (g f). Zapis uproszczony:. Dla mamy lematy: jeśli f, g są surjekcjami, to gf jest surjekcją, jeśli f, g są injekcjami to gf jest injekcją, jeśli f, g są bijekcjami to gf jest bijekcją. Niech f: X Y, ATX, BTY. Wtedy: f(a) nazywamy obrazem zbioru A. f (B) nazywamy przeciwobrazem zbioru B względem f. f (y) nazywamy przeciwobrazem elementu y wzg. f i jest to f ({y}) Czy f (y) to f 1(y)?

8 Podłoga i sufit Lematy Dla n całkowitej i x rzeczywistej n = n = n x x = 1 gdy x nie jest całkowita x 1 < x x x < x +1 x = x

9 (*) x = n wtw n x < n+1 x = n wtw x 1 < n x x = n wtw n 1 < x n x = n wtw x n < x+1 x+n = x + n (**) x<n wtw x < n n<x wtw n < x x n wtw x n (***) n x wtw n x

10 Definicja części ułamkowej {x} = x x Przykłady { 5.23} = 5.23 ( 6) = 0.77 {6.14} = = 0.14 Twierdzenie Dla każdej x 0 podłoga z pierwiastka z podłogi z x to podłoga z pierwiastka z x. Podobnie dla sufitu.

11 Dowód dla podłogi Niech m to podłoga pierwiastka podłogi x. Wtedy stosujemy lemat (*) i podnosimy do kwadratu: m 2 x < (m+1) 2 Teraz stosujemy lematy (**) i (***), i mamy m 2 x < (m+1) 2 Pierwiastkujemy i stosujemy lemat (*), co daje m jako podłogę z pierwiastka. Twierdzenie możemy uogólnić na dowolne funkcje rosnące, ciągłe i spełniające zależność jeżeli f(x) całkowita to x całkowita.

12 Twierdzenie Dla każdych x, y rzeczywistych, x y, zachodzi: przedział [x, y) zawiera dokładnie y x liczb całkowitych przedział (x, y] zawiera dokładnie y x liczb całkowitych Udowodnić i sformułować twierdzenia dla przedziałów obustronnie domkniętych i obustronnie otwartych.

13 Funkcji podłogi z logarytmu można użyć do wyliczenia liczby cyfr liczby naturalnej k (k>0): w układzie dziesiętnym jest to log (k) +1 cyfr w układzie dwójkowym jest to lg (k) +1 cyfr log ( ) = 6, lg ( ) = 19, = = ma 21 cyfr = ma 20 cyfr = 3+0+2*25+4*125+3*625 = log 5 (2428) +1 = 4, = 5 cyfr

14 lg(n) n log(n)

15 Zadania Mamy funkcję z dziedziny NxN w N postaci f(n,k)=min(n,k). Znajdź f (4). Wskaż relację odwrotną do funkcji 3x2+1. Narysuj funkcje min(a,b), max(a,b), a+b, min(1, a+b), ab, Sprawdź, czy to prawda, że log < lg 234. Rozwiąż równanie: (2x 3)/4 = (3x 4)/5.

16 1) (3x 4)/5 jest całkowite 3x 4=5p, gdzie p całkowite 3x=5p+4 x=(5p+4)/3 2) (3x 4)/5 (2x 3)/4 < (3x 4)/5+1 ten układ równań na rozwiązanie (-19/2;1/2] 3) szukamy x spełniających (1) i należących do (2) będą to x obliczone dla p= 1, 2, 3..., 6: x= 1/3, 2, 3 i 2/3, 5 i 1/3, 7, 8 i 2/3

17 Rozwiąż równanie: (3x 4)/5 = (x 2)/3. Rozwiąż równanie: (3x 4)/5 = (2x 1)/3. Ile cyfr ma liczba dziesiętna k? Niech x, y dowolne liczby rzeczywiste i x<y. Ile liczb całkowitych zawiera przedział [x, y)?

18 Zgodnie z przepisami ordynacji podatkowej podstawy opodatkowania, kwoty podatków, odsetki za zwłokę i pewne inne opłaty oraz wynagrodzenia zaokrągla się do pełnych złotych w ten sposób, że końcówki kwot wynoszące mniej niż 50 groszy pomija się, a końcówki kwot wynoszące 50 i więcej groszy podwyższa się do pełnych złotych. Jeżeli wyliczona kwota podlegająca takiemu zaokrągleniu podana jest w formacie dodatniej dziesiętnej liczby rzeczywistej x, to jaki jest wzór na liczbę zaokrągloną z(x)? Użyj funkcji podłogi i/lub sufitu. Przepis na liczenie wartości funkcji z ma być pojedynczy, a nie złożony z dwóch przepisów odpowiednio dla dwóch rozważanych przypadków zaokrąglenia.

19 Ciągi Ciągiem liczb rzeczywistych s(n) nazywamy funkcję s: N R i oznaczamy go stosując notację z indeksami (s n ) n N, albo notację informatyczną s[n]. Wartość s n nazywamy n-tym wyrazem ciągu s. Zdarza się, że definiujemy ciąg jako funkcję o dziedzinie {m, m+1, m+2, }, gdzie m jest liczbą całkowitą. Nie ograniczamy się również do wartości rzeczywistych, np. d n = {m Z: m jest wielokrotnością n} n = {w *: n jest długością słowa w} f n = k=1..n k 2, np. f 10 = k=1..10 k 2 = = 385

20 Szeregi Szeregiem nazywamy wyrażenie postaci a 1 + a 2 + a , gdzie liczby a 1, a 2, a 3, tworzą ciąg nieskończony.

21

22

23

24

25

26 Proszę nauczyć się liter alfabetu greckiego. Przeczytaj litery greckie: E O W M F Zachęcam to przeczytania książeczki: Tony Crilly: 50 teorii matematyki które powinieneś znać. WN PWN. Warszawa 2009