Princip inkluze a exkluze

Podobné dokumenty
Lineární zobrazení. V prvním z následujících tvrzení navíc uvidíme, že odtud plynou a jsou tedy pak rovněž splněny podmínky:

TOPOLOGIE A TEORIE KATEGORIÍ (2017/2018) 3. PREDNÁŠKA - KOMPAKTNÍ PROSTORY.

Přednáška 6, 6. listopadu 2013

Matematika 2 pro PEF PaE

Lineární algebra : Lineární prostor

Matematika III. Miroslava Dubcová, Daniel Turzík, Drahoslava Janovská. Ústav matematiky

Báze a dimenze vektorových prostorů

Množiny, relace, zobrazení

Matice. a m1 a m2... a mn

Operace s maticemi. 19. února 2018

3 Množiny, Relace a Funkce

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Modernizace studijního programu Matematika na PřF Univerzity Palackého v Olomouci CZ.1.07/2.2.00/28.

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Diskrétní matematika. študenti MFF 15. augusta 2008

Co je to univerzální algebra?

Pravděpodobnost a její vlastnosti

13. přednáška 13. ledna k B(z k) = lim. A(z) = M(z) m 1. z m.

Lineární algebra : Báze a dimenze

PQ-stromy a rozpoznávání intervalových grafů v lineárním čase

Definice. Vektorový prostor V nad tělesem T je množina s operacemi + : V V V, tj. u, v V : u + v V : T V V, tj. ( u V )( a T ) : a u V které splňují

Úlohy k procvičování textu o univerzální algebře

Matematická analýza pro informatiky I. Limita funkce

pro každé i. Proto je takových čísel m právě N ai 1 +. k k p

Modely Herbrandovské interpretace

Důkaz Heineho Borelovy věty. Bez újmy na obecnosti vezmeme celý prostor A = M (proč? úloha 1). Implikace. Nechť je (M, d) kompaktní a nechť.

DMA Přednáška Rekurentní rovnice. takovou, že po dosazení odpovídajících členů do dané rovnice dostáváme pro všechna n n 0 + m pravdivý výrok.

Matice lineárních zobrazení

Booleovy algebry. Irina Perfilieva. logo

5.1. Klasická pravděpodobnst

Množinu všech matic typu m n nad tělesem T budeme označovat M m n (T ), množinu všech čtvercových matic stupně n nad T pak M n (T ).

Matematický ústav Slezské univerzity v Opavě Učební texty k přednášce ALGEBRA I, zimní semestr 2000/2001 Michal Marvan. 7.

3. Grafy a matice. Definice 3.2. Čtvercová matice A se nazývá rozložitelná, lze-li ji napsat ve tvaru A =

Kombinatorika. November 12, 2008

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Vlastní čísla a vlastní hodnoty. študenti MFF 15. augusta 2008

Matematická analýza 1

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

Greenova funkce pro dvoubodové okrajové úlohy pro obyčejné diferenciální rovnice


Vlastní čísla a vlastní vektory

2. přednáška 8. října 2007

6. přednáška 5. listopadu 2007

* Induktivní definice množin a funkcí.

2. přednáška - PRAVDĚPODOBNOST

p 2 q , tj. 2q 2 = p 2. Tedy p 2 je sudé číslo, což ale znamená, že

4. Kombinatorika a matice

Svazy. Jan Paseka. Masarykova univerzita Brno. Svazy p.1/37

Řešení 1. série. Řešení S-I-1-1 Nejdříve si uvědomme, že platí následující vztahy. h = 1 2 v d, h = 1 2 s k,

Operace s maticemi

2. Test 07/08 zimní semestr

Matematická analýza pro informatiky I.

Základy teorie množin

{ } Ox ( 0) 4.2. Konvexnost, konkávnost, inflexe. Definice Obr. 52. Poznámka. nad tečnou

3. Matice a determinanty

Pojem relace patří mezi pojmy, které prostupují všemi částmi matematiky.

Matematika IV - 3. přednáška Rozklady grup

Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering Czech Technical University in Prague

1 Vektorové prostory.

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík. Zpracováno dle učebního textu prof. Bělohlávka: Úvod do informatiky, KMI UPOL, Olomouc 2008.

Matematika IV - 3. přednáška Rozklady grup

III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Patří-li do množiny A právě prvky a, b, c, d, budeme zapisovat A = {a, b, c, d}.

Naproti tomu gramatika je vlastně soupis pravidel, jak

PŘEDNÁŠKA 5 Konjuktivně disjunktivní termy, konečné distributivní svazy

3. přednáška 15. října 2007

Posloupnosti a jejich limity

Limita a spojitost funkce. 3.1 Úvod. Definice: [MA1-18:P3.1]

Maticí typu (m, n), kde m, n jsou přirozená čísla, se rozumí soubor mn veličin a jk zapsaných do m řádků a n sloupců tvaru:

ALGEBRA. Téma 4: Grupy, okruhy a pole

1 Zobrazení 1 ZOBRAZENÍ 1. Zobrazení a algebraické struktury. (a) Ukažte, že zobrazení f : x

10 Funkce více proměnných

Texty k přednáškám z MMAN3: 4. Funkce a zobrazení v euklidovských prostorech

Oproti definici ekvivalence jsme tedy pouze zaměnili symetričnost za antisymetričnost.

17. Posloupnosti a řady funkcí

V předchozí kapitole jsme podstatným způsobem rozšířili naši představu o tom, co je to číslo. Nadále jsou pro nás důležité především vlastnosti

Pavel Horák LINEÁRNÍ ALGEBRA A GEOMETRIE 1 UČEBNÍ TEXT

2. Množiny, funkce. Poznámka: Prvky množiny mohou být opět množiny. Takovou množinu, pak nazýváme systém množin, značí se

Teorie množin. Čekají nás základní množinové operace kartézské součiny, relace zobrazení, operace. Teoretické základy informatiky.

IB112 Základy matematiky

Úvod do teorie her. 6. Koaliční hry

Riemannův určitý integrál

1 Množiny, výroky a číselné obory

Ohodnocené orientované grafy

14. přednáška. Přímka

Množina je nejdůležitější matematický pojem, na kterém stojí veškeré další matematické pojmy.

PŘEDNÁŠKA 7 Kongruence svazů

10. DETERMINANTY " # $!

Odpřednesenou látku naleznete v kapitole 3.1 skript Abstraktní a konkrétní lineární algebra.

[1] Determinant. det A = 0 pro singulární matici, det A 0 pro regulární matici

To je samozřejmě základní pojem konvergence, ale v mnoha případech je příliš obecný a nestačí na dokazování některých užitečných tvrzení.

Množiny, základní číselné množiny, množinové operace

Necht tedy máme přirozená čísla n, k pod pojmem systém lineárních rovnic rozumíme rovnice ve tvaru

7 Konvexní množiny. min c T x. při splnění tzv. podmínek přípustnosti, tj. x = vyhovuje podmínkám: A x = b a x i 0 pro každé i n.

Výroková logika dokazatelnost

0.1 Úvod do lineární algebry

Regulární matice. Věnujeme dále pozornost zejména čtvercovým maticím.

Definice 1.1. Nechť je M množina. Funkci ρ : M M R nazveme metrikou, jestliže má následující vlastnosti:

Matematická analýza pro informatiky I. Limita posloupnosti (I)

MATICE. a 11 a 12 a 1n a 21 a 22 a 2n A = = [a ij]

Definice : Definice :

10 Přednáška ze

Částečná korektnost. Petr Štěpánek. S využitím materialu Krysztofa R. Apta

Transkript:

Princip inkluze a exkluze Jan Paseka Masarykova univerzita Brno Princip inkuze a exkluze p.1/15

Abstrakt Opakování principu inkluze a exkluze. Princip inkuze a exkluze p.2/15

Obsah přednášky Princip inkluze a exkluze. Příklad na počet surjektivních zobrazení. Příklad na počet permutací bez pevného bodu. Princip inkuze a exkluze p.3/15

Princip inkluze a exkluze I Je dána konečná množina Q objektů, u nichž rozlišujeme konečný počet jistých vlastností, indexovaných prvky nějaké konečné množiny I. Každý z objektů množiny Q může mít některé ze zmíněných vlastností a jiné mít nemusí. Princip inkuze a exkluze p.4/15

Princip inkluze a exkluze I Je dána konečná množina Q objektů, u nichž rozlišujeme konečný počet jistých vlastností, indexovaných prvky nějaké konečné množiny I. Každý z objektů množiny Q může mít některé ze zmíněných vlastností a jiné mít nemusí. Problém, který zkoumáme, spočívá v tom, jak určit, kolik je objektů nemajících žádnou z uvedených vlastností. Princip inkuze a exkluze p.4/15

Princip inkluze a exkluze I Je dána konečná množina Q objektů, u nichž rozlišujeme konečný počet jistých vlastností, indexovaných prvky nějaké konečné množiny I. Každý z objektů množiny Q může mít některé ze zmíněných vlastností a jiné mít nemusí. Problém, který zkoumáme, spočívá v tom, jak určit, kolik je objektů nemajících žádnou z uvedených vlastností. Jestliže pro každé i I označíme A i množinu všech těch objektů z Q, které mají vlastnost s indexem i, pak jde o to, jak zjistit, kolik prvků má množina A(0)=Q i I A i. Princip inkuze a exkluze p.4/15

Vennův diagram A B C = A + B + C A B A C B C + A B C Princip inkuze a exkluze p.5/15

Vennův diagram Q A B C = Q A B C + A B + A C + B C A B C Princip inkuze a exkluze p.6/15

Princip inkluze a exkluze II Věta. Bud Q konečná množina. Mějme konečnou indexovou množinu I a mějme konečný soubor množin A i, kde i I, jež jsou všechny podmnožinami množiny Q. To znamená, že A i Q pro každé i I. Princip inkuze a exkluze p.7/15

Princip inkluze a exkluze II Věta. Bud Q konečná množina. Mějme konečnou indexovou množinu I a mějme konečný soubor množin A i, kde i I, jež jsou všechny podmnožinami množiny Q. To znamená, že A i Q pro každé i I. Potom pro množinu A(0)=Q i I A i platí A(0) = ( 1) K A i. K I i K Princip inkuze a exkluze p.7/15

Princip inkluze a exkluze II Věta. Bud Q konečná množina. Mějme konečnou indexovou množinu I a mějme konečný soubor množin A i, kde i I, jež jsou všechny podmnožinami množiny Q. To znamená, že A i Q pro každé i I. A(0)=Q i I A i platí A(0) = K I ( 1) K i K Potom pro množinu A i. Poznámka. Poněvadž A i Q pro i I, klademe i A i= Q. Princip inkuze a exkluze p.7/15

Princip inkluze a exkluze III Vztah dokázaný v předchozí větě lze přepsat na Princip inkuze a exkluze p.8/15

Princip inkluze a exkluze III Vztah dokázaný v předchozí větě lze přepsat na Q A i = Q Ai + Ai A j i I i I {i,j,k} I i j k i {i,j} I i j A i A j A k + +( 1) I i I A i. Princip inkuze a exkluze p.8/15

Princip inkluze a exkluze III Vztah dokázaný v předchozí větě lze přepsat na Q A i = Q Ai + Ai A j i I i I {i,j,k} I i j k i {i,j} I i j A i A j A k + +( 1) I i I A i. Tento vztah kvůli střídání znamének bývá právě označován termínem princip inkluze a exkluze. Princip inkuze a exkluze p.8/15

Princip inkluze a exkluze - příklady I Příklad IE1. Necht n,k N {0} splňují k n. Necht S, resp. U jsou konečné množiny mající n, resp. k prvků. Je třeba určit, kolik existuje surjektivních zobrazení g: S U. Princip inkuze a exkluze p.9/15

Princip inkluze a exkluze - příklady I Příklad IE1. Necht n,k N {0} splňují k n. Necht S, resp. U jsou konečné množiny mající n, resp. k prvků. Je třeba určit, kolik existuje surjektivních zobrazení g: S U. Řešení. Jako základní množinu Q vezmeme množinu všech možných zobrazení f: S U. Indexovou množinu I položíme rovnu U. Princip inkuze a exkluze p.9/15

Princip inkluze a exkluze - příklady I Příklad IE1. Necht n,k N {0} splňují k n. Necht S, resp. U jsou konečné množiny mající n, resp. k prvků. Je třeba určit, kolik existuje surjektivních zobrazení g: S U. Řešení. Jako základní množinu Q vezmeme množinu všech možných zobrazení f: S U. Indexovou množinu I položíme rovnu U. Pro w U máme A w = {f: S U; w / f(s)}. Princip inkuze a exkluze p.9/15

Princip inkluze a exkluze - příklady I Příklad IE1. Necht n,k N {0} splňují k n. Necht S, resp. U jsou konečné množiny mající n, resp. k prvků. Je třeba určit, kolik existuje surjektivních zobrazení g: S U. Řešení. Jako základní množinu Q vezmeme množinu všech možných zobrazení f: S U. Indexovou množinu I položíme rovnu U. Pro w U máme A w = {f: S U; w / f(s)}. Tedy A(0)={f: S U; f(s)=u}. Princip inkuze a exkluze p.9/15

Princip inkluze a exkluze - příklady II Víme, že ( ) A(0) = V U ( 1) V w V A w. Princip inkuze a exkluze p.10/15

Princip inkluze a exkluze - příklady II Víme, že ( ) A(0) = V U ( 1) V w V A w. Zároveň w V A w = {f: S U; V f(s)= } = {f: S U; f(s) U V }. Princip inkuze a exkluze p.10/15

Princip inkluze a exkluze - příklady II Ale w V A w = {f: S U; f(s) U V } = {f: S U V } = U V S = U V n =(k V ) n. Princip inkuze a exkluze p.11/15

Princip inkluze a exkluze - příklady II Ale w V A w = {f: S U; f(s) U V } = {f: S U V } = U V S = U V n =(k V ) n. Po dosazení do( ) obdržíme ( ) A(0) = V U ( 1) V (k V ) n = ( ) k k j=0 ( 1)j (k j) n. j Princip inkuze a exkluze p.11/15

Princip inkluze a exkluze - příklady IV Příklad IE2. Řekneme, že číslo i {1,2,...,n} je pevný bod takto permutace σ: {1,2,...,n} {1,2,...,n}, platí-li, že σ(i)=i. Princip inkuze a exkluze p.12/15

Princip inkluze a exkluze - příklady IV Příklad IE2. Řekneme, že číslo i {1,2,...,n} je pevný bod takto permutace σ: {1,2,...,n} {1,2,...,n}, platí-li, že σ(i)=i. Určete, kolik existuje permutací množiny {1,2,...,n}, které nemají ani jeden pevný bod. Princip inkuze a exkluze p.12/15

Princip inkluze a exkluze - příklady IV Příklad IE2. Řekneme, že číslo i {1,2,...,n} je pevný bod takto permutace σ: {1,2,...,n} {1,2,...,n}, platí-li, že σ(i)=i. Určete, kolik existuje permutací množiny {1,2,...,n}, které nemají ani jeden pevný bod. Řešení. Jako základní množinu Q vezmeme množinu S n všech možných permutací σ: {1,2,...,n} {1,2,...,n}. Princip inkuze a exkluze p.12/15

Princip inkluze a exkluze - příklady IV Příklad IE2. Řekneme, že číslo i {1,2,...,n} je pevný bod takto permutace σ: {1,2,...,n} {1,2,...,n}, platí-li, že σ(i)=i. Určete, kolik existuje permutací množiny {1,2,...,n}, které nemají ani jeden pevný bod. Řešení. Jako základní množinu Q vezmeme množinu S n všech možných permutací σ: {1,2,...,n} {1,2,...,n}. Za indexovou množinu I vezmeme množinu {1,2,...,n}. Princip inkuze a exkluze p.12/15

Princip inkluze a exkluze - příklady V Pro každé i {1,2,...,n} položíme A i = {σ S n σ(i)=i}. Princip inkuze a exkluze p.13/15

Princip inkluze a exkluze - příklady V Pro každé i {1,2,...,n} položíme A i = {σ S n σ(i)=i}. Množinu A(0) tvoří právě ty permutace σ S n, které nemají žádný pevný bod. Princip inkuze a exkluze p.13/15

Princip inkluze a exkluze - příklady V Pro každé i {1,2,...,n} položíme A i = {σ S n σ(i)=i}. Množinu A(0) tvoří právě ty permutace σ S n, které nemají žádný pevný bod. Podle principu inkluze a exkluze máme ( ) A(0) = ( 1) K K {1,2,...,n} i K A i. Princip inkuze a exkluze p.13/15

Princip inkluze a exkluze - příklady V Množinu i K A i tvoří právě ty permutace σ S n, pro něž každé číslo z K je pevným bodem. Princip inkuze a exkluze p.14/15

Princip inkluze a exkluze - příklady V Množinu i K A i tvoří právě ty permutace σ S n, pro něž každé číslo z K je pevným bodem. Tj. permutace množiny {1,2,...,n} K. Princip inkuze a exkluze p.14/15

Princip inkluze a exkluze - příklady V Množinu i K A i tvoří právě ty permutace σ S n, pro něž každé číslo z K je pevným bodem. Tj. permutace množiny {1,2,...,n} K. Máme pak i K A i =(n K )!. Princip inkuze a exkluze p.14/15

Princip inkluze a exkluze - příklady V Množinu i K A i tvoří právě ty permutace σ S n, pro něž každé číslo z K je pevným bodem. Tj. permutace množiny {1,2,...,n} K. Máme pak i K A i =(n K )!. Dosazením do rovnosti ( ) dostáváme ( ) A(0) = K {1,2,...,n} ( 1) K (n K )!. Princip inkuze a exkluze p.14/15

Princip inkluze a exkluze - příklady V Jednotliví sčítanci v sumě ( ) závisí pouze na K. Princip inkuze a exkluze p.15/15

Princip inkluze a exkluze - příklady V Jednotliví sčítanci v sumě ( ) závisí pouze na K. Pro každé l {0,1,2,...,n} je počet těch sčítanců, v nichž K =l, roven ( n l). Princip inkuze a exkluze p.15/15

Princip inkluze a exkluze - příklady V Jednotliví sčítanci v sumě ( ) závisí pouze na K. Pro každé l {0,1,2,...,n} je počet těch sčítanců, v nichž K =l, roven ( n l). Je tedy ( ) A(0) = = n l=0 n l=0 ( 1) l ( 1) l n! l! ( ) n l (n l)! Princip inkuze a exkluze p.15/15

Princip inkluze a exkluze - příklady V Jednotliví sčítanci v sumě ( ) závisí pouze na K. Pro každé l {0,1,2,...,n} je počet těch sčítanců, v nichž K =l, roven ( n l). Je tedy ( ) A(0) = = n l=0 n l=0 ( 1) l ( ) n l (n l)! ( 1) l n! l! n! e. Princip inkuze a exkluze p.15/15