Základy teorie množin

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

Matematická analýza 1

Marie Duží

Úvod do logiky (presentace 2) Naivní teorie množin, relace a funkce

Množiny, relace, zobrazení

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

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

Lineární algebra Kapitola 1 - Základní matematické pojmy

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

Pojem binární relace patří mezi nejzákladnější matematické pojmy. Binární relace

Cílem kapitoly je opakování a rozšíření středoškolských znalostí v oblasti teorie množin.

KATEDRA INFORMATIKY UNIVERZITA PALACKÉHO ALGEBRA DAGMAR SKALSKÁ VÝVOJ TOHOTO UČEBNÍHO TEXTU JE SPOLUFINANCOVÁN

Cvičení 1. Úvod do teoretické informatiky(2014/2015) cvičení 1 1

Pro každé formule α, β, γ, δ platí: Pro každé formule α, β, γ platí: Poznámka: Platí právě tehdy, když je tautologie.

Množiny, základní číselné množiny, množinové operace

Relace. R, S vyjmenovaním prvků. Sestrojte grafy relací R, S. Určete relace

3 Množiny, Relace a Funkce

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

prof. RNDr. Čestmír Burdík DrCs. prof. Ing. Edita Pelantová CSc. BI-ZMA ZS 2009/2010

3. Algebraické systémy

Lineární algebra. Matice, operace s maticemi

1 Báze a dimenze vektorového prostoru 1

B i n á r n í r e l a c e. Patrik Kavecký, Radomír Hamřík

Teorie množin. pro fajnšmekry - TeMno. Lenka Macálková BR Solutions Orličky. Lenka (Brkos 2010) TeMno

Kapitola 1. Relace. podle definice podmnožinou každé množiny. 1 Neříkáme už ale, co to je objekt. V tom právě spočívá intuitivnost našeho přístupu.

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:

Základní pojmy teorie množin Vektorové prostory

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

Teoretická informatika Tomáš Foltýnek Teorie čísel Nekonečno

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

0. ÚVOD - matematické symboly, značení,

Co je to univerzální algebra?

Přijímací zkouška - matematika

Aritmetika s didaktikou I.

NAIVNÍ TEORIE MNOŽIN, okruh č. 5

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

Princip rozšíření a operace s fuzzy čísly

Ekvivalence. Základy diskrétní matematiky, BI-ZDM ZS 2011/12, Lekce 5

Úlohy k procvičování textu o svazech

DEFINICE Z LINEÁRNÍ ALGEBRY

Lineární algebra Operace s vektory a maticemi

Matematická logika. Miroslav Kolařík

Množiny, relácie, zobrazenia

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

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od podzimu 2015

ZÁKLADY ARITMETIKY A ALGEBRY I

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

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

4.2 Syntaxe predikátové logiky

Každé formuli výrokového počtu přiřadíme hodnotu 0, půjde-li o formuli nepravdivou, a hodnotu 1, půjde-li. α neplatí. β je nutná podmínka pro α

Matematická analýza pro informatiky I.

Číselné vektory, matice, determinanty

1. Množiny, zobrazení, relace

M M. Je-li ρ M 2 relace, pak vztah (x, y) ρ zapisujeme x ρ y.

Úvod do informatiky. Miroslav Kolařík

1.3. Číselné množiny. Cíle. Průvodce studiem. Výklad

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

RELACE, OPERACE. Relace

Automaty a gramatiky(bi-aag) Motivace. 1. Základní pojmy. 2 domácí úkoly po 6 bodech 3 testy za bodů celkem 40 bodů

Turingovy stroje. Teoretická informatika Tomáš Foltýnek

Doporučené příklady k Teorii množin, LS 2018/2019

1. Základy matematiky

Aplikovaná matematika I, NMAF071

1. Základy logiky a teorie množin

Algebraické struktury s jednou binární operací

Teoretická informatika Tomáš Foltýnek Algebra Struktury s jednou operací

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

UDL 2004/2005 Cvičení č.6 řešení Strana 1/5

Booleova algebra Luboš Štěpánek

ALGEBRA. Téma 4: Grupy, okruhy a pole

Úlohy k procvičování textu o univerzální algebře

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od jara 2017

Predikátová logika. Teoretická informatika Tomáš Foltýnek

1. POJMY 1.1. FORMULE VÝROKOVÉHO POČTU

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od jara 2016

Algebra 2 KMI/ALG2. Zpracováno podle přednášek prof. Jiřího Rachůnka a podle přednášek prof. Ivana Chajdy. slidy k přednáškám

Množinu všech slov nad abecedou Σ značíme Σ * Množinu všech neprázdných slov Σ + Jazyk nad abecedou Σ je libovolná množina slov nad Σ

Zadání a řešení testu z matematiky a zpráva o výsledcích přijímacího řízení do magisterského navazujícího studia od podzimu 2016

15. Moduly. a platí (p + q)(x) = p(x) + q(x), 1(X) = id. Vzniká tak struktura P [x]-modulu na V.

Kapitola 1. Úvod. 1.1 Značení. 1.2 Výroky - opakování. N... přirozená čísla (1, 2, 3,...). Q... racionální čísla ( p, kde p Z a q N) R...

Hisab al-džebr val-muqabala ( Věda o redukci a vzájemném rušení ) Muhammada ibn Músá al-chvárizmího (790? - 850?, Chiva, Bagdád),

1. POJMY 1.1. FORMULE VÝROKOVÉHO POČTU

KATEDRA INFORMATIKY UNIVERZITA PALACKÉHO LINEÁRNÍ ALGEBRA 1 OLGA KRUPKOVÁ VÝVOJ TOHOTO UČEBNÍHO TEXTU JE SPOLUFINANCOVÁN

Obsah. Množiny (opakování) Relace a zobrazení (opakování) Relace Binární relace na množině Zobrazení Rozklady, ekvivalence Uspořádání

Matematický ústav Slezské univerzity v Opavě Učební texty k přednášce ALGEBRA I, zimní semestr 2000/2001 Michal Marvan. 2.

PŘEDNÁŠKA 7 Kongruence svazů

Vektorové podprostory, lineární nezávislost, báze, dimenze a souřadnice

Zadání semestrálního projektu Algoritmy II. letní semestr 2017/2018

I) Příklady (převeďte následující věty do formulí PL1 a ověřte jejich ekvivalenci pomocí de Morganových zákonů):

Teorie grup 1 Příklad axiomatické teorie

Celá čísla. Celá čísla jsou množinou čísel, kterou tvoří všechna čísla přirozená, čísla k nim opačná a číslo nula.

1. Matice a maticové operace. 1. Matice a maticové operace p. 1/35

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

Úvod do lineární algebry

VI. Maticový počet. VI.1. Základní operace s maticemi. Definice. Tabulku

Matematika B101MA1, B101MA2

ÚVOD DO ARITMETIKY. Michal Botur

Data v počítači. Informační data. Logické hodnoty. Znakové hodnoty

Relace a kongruence modulo

1 Vektorové prostory.

Transkript:

Základy teorie množin Teorie Výběr základních pojmů: Množina Podmnožina Prázdná množina Označení běžně používaných množin Množinová algebra (sjednocení, průnik, rozdíl) Doplněk množiny Potenční množina Kartézský součin Kartézská mocnina N-nární relace, binární relace, inverzní relace Zobrazení (na, do, z na, z do) N-nární operace Výběr teorie: 1. Inkluze. Odlišení a X Y říkáme, že X je podmnožinou nebo částí množiny Y jestliže ( u)(u X u Y) X Y říkáme, že X je vlastní podmnožinou nebo vlastní částí množiny Y jestliže platí (X Y) (X Y) Obecně o vlastnostech operací Zde si všimneme obecných vlastností operací aplikovaných na algebru množin. Reflexivita...A A, A = A,. pro a = Symetrie...A = B a B = A,.. pro = Tranzitivita...(X Y) & (Y Z) (X Z), (X Y) & (Y Z) (X Z), pro, Komutativnost... X Y= Y X, X Y= Y X,. pro a Asociativnost... (X Y) Z = X (Y Z),. pro, možné i pro Distributivnost... X (Y Z) = (X Y) (X Z), pro vazbu mezi a X (Y Z) = (X Y) (X Z) N nární relace Buď n přirozené číslo, A 1, A 2,, A n množiny. Relací R mezi množinami A 1, A 2,, A n nazýváme každou podmnožinu R A 1 x A 2 x x A n. Jestliže platí ( i)a i = A, pak relaci R A n nazýváme n-nární relací na A. Buďte X, Y neprázdné množiny. Binární relací R mezi množinami X, Y (v tomto pořadí) nazveme každou podmnožinu kartézského součinu X x Y. Binární relace se mohou vyznačovat následujícími vlastnostmi (ověřit na =, <, >, v Z):

Symetrické a antisymetrické relace Binární relace R na množině A je symetrická, jestliže R R -1, tj. a,b A (arb bra) Binární relace R na množině A je antisymetrická, jestliže platí a,b A (arb bra a = b ) Vlastnosti: 1. Sjednocení, průnik a součin symetrických binárních relací na A je opět symetrická binární relace na A (důkaz indukcí). Př. 1. Relace na Z je symetrická 3 4 4 3. 2. Relace dělitelnosti na N je antisymetrická (ale ne na Z). 3. Relace <,, >, na Z + jsou antisymetrické. Tranzitivní relace Tranzitivní binární relace na A jsou relace pro které platí: a,b,c A (arb brc arc ). Vlastnosti: 1. Binární relace na A je tranzitivní, právě když inverzní binární relace R -1 je tranzitivní. Př. Jaké vlastnosti má binární relace < na množině Z? Buďte a, b, c Z, potom: a < a není pravdivé...relace není reflexivní (a < a) platí-li a < b potom b < a neplatí...relace není symetrická (a < b) (b < a) je-li a < b, b < c potom je a < c...relace je tranzitivní (a < b) (b < c) (a < c ) Dichotomické/souvislé relace Binární relace R na množině A se nazývá dichotomická (souvislá) jestliže pro ni platí R R -1 = A 2. To je totéž jako a,b A (arb bra) Vlastnosti: 1. R je dichotomická, právě když R -1 je dichotomická. 2. každá dichotomická binární relace je reflexivní. Př. 1. Úplná množina na A je dichotomická. 2. Relace, jsou na Z, Q, R dichotomické. 3. Průnik dichotomických relací nemusí být dichotomický. Např. pro R 1 ={(a,a), (a,b), (b,b)} R 2 = {(a,a), (b,a), (b,b)} to platí. R 1 R 2 = {{(a,a), (b,b)} Ekvivalence Každá reflexivní, symetrická a tranzitivní binární relace na A se nazývá ekvivalencí na A. a A platí ara, a,b A (arb bra), a,b,c A (arb brc arc ).

Zobrazením f množiny X do množiny Y nazýváme každou relaci f X x Y, pro kterou platí: každému prvku x X je přiřazen nejvýše jeden takový prvek y Y, že uspořádaná dvojice (x,y) f. Významově je tato definice plně v souladu s definicí na začátku kapitoly, definice se postavila nad relacemi. Pochopitelně, jestliže je zaručeno, že v zobrazení do každému prvku y množiny Y náleží prvek x množiny X takový, že (x,y) f, potom se jedná o zobrazení X Y. Zobrazením f z množiny X do množiny Y nazýváme každou relaci f X x Y, pro kterou platí: existuje alespoň jeden takový prvek x X ke kterému je přiřazen prvek y Y tak, že uspořádaná dvojice (x,y) f. Poznámka: 1. Zobrazení f z množiny X do množiny Y můžeme zapsat jako f: X Y. 2. Jestliže při zobrazení f : X Y je každému prvku x X přiřazen právě jeden prvek y Y, přechází toto zobrazení na zobrazení X do Y, tedy X Y. 3. V zobrazení f : X Y ne každý prvek y Y má v X přiřazen alespoň jeden vzor. Nechť pro množiny X,Y platí f: X Y. Jestliže každému prvku y Y náleží alespoň jeden vzor x X, potom mluvíme o zobrazení z množiny X na množinu Y a zapisujeme ve tvaru f : X Y. Poznámka: 1. Je zřejmé, že ne každý prvek x X má v množině Y svůj obraz. 2. Jestliže při zobrazení f: X Y je každému prvku x X přiřazen právě jeden prvek y Y a každý prvek y Y má alespoň jeden vzor x X, mluvíme o zobrazení X Y. 3. Zobrazení f: X Y a X Y se nazývají surjekcí (nakrytí). 4. Zobrazení f se nazývá prosté nebo injekcí (injekce vložení), jestliže každé dva různé vzory x 1 x 2 mají různé obrazy f(x 1 ) f(x 2 ) 5. Prosté zobrazení X Y se nazývá bijektivní (vzájemně jednoznačné, jedno-jedno korespodentní) zobrazení (bijekce je injekce a surjekce zároveň). 6. Zobrazení do a na mezi množinami X,Y je zvláštním případem binární relace mezi množinami X, Y. N nární operace Buď A množina a n přirozené číslo. Zobrazení f: A n A nazýváme n ární algebraickou operací na množině A. Číslo n N nazýváme četností operace. Pro n = 0 definujeme nulární operaci na A jako zvolení určitého prvku v množině A. Příkladem unární operace (n = 1) v množině Z je (-a), kde a Z. Tato unární operace je převodem celého čísla a na opačné. Další operace poskytuje algebra množin. Příkladem binární operace f: Z 2 Z na Z jsou operace "sčítání, násobení, odčítání, dělení, " Tyto operace mají dva operandy a píšou se ve tvaru a 1 a 2, kde je symbol obecné binární operace (+, -, ).

Příklady: Podmnožiny, operace nad množinami 1. Zapište všechny podmnožiny množin {2,7}, {5,7,9}, {0}, φ 2. Napište všechny podmnožiny množiny A = {-3, 0, 0.5, 1}, které jsou současně podmnožinou množiny N Z {x R ; x < 1} 3. Zjistěte, které z následujících množin se rovnají {x Z ; x > 0}, {x R ; x 0}, {x N ; x-2 < 2}, N, {0}, {1,2,3}, {x R ; 3 3 x = x}, {x R ; x 0} 4. Určete doplněk množiny B v množině A, když: A = N, B ={x N ; x > 2} A = Z, B = {x Z ; x > 2} 2 A = R, B = {x R ; x = - x} A = R, B = {x R ; x-1 < 0} A = R, B = {x R ; x-2 0} 5. Stanovte průnik a sjednocení množin X, Y X = {-2,0,5,7}, Y = {-3,-1,0,4,7,9} X = {x Z ; x < -5} Y = {x Z ; x -1} X = N, Y = {x Z ; x < 3} X = N, Y = {x Z ; x <1} 6. Specifikujte kdy je: A B=A, A B=A, B ' A=A, B ' A=φ, A B= A B 7. Nalezněte všechny množiny X pro které je A X = B, jestliže A = {x N ; x 2}, B = { x N ; x <4} A = φ, B = {1,2} A = {1}, B = {2,3} 8. Stanovte rozdíly A-B pro následující případy: A = {-3,-1,0,5}, B = {-1,0,1} A = { x Z ; x -2}, B = { x Z ; x <-7} A = Z, B = N A = N, B = { x Z ; x 2} A = Z -, B = { x Z ; x-1 <3} 9. Definujte: sjednocení množin kartézský součin množin symetrickou relaci ekvivalenci injektivní zobrazení 10. Rozhodněte, zda platí 1. A (B C) = (A B) C 2. (A B) C = (B A) C 3. A (B C) = (A B) (A C) 4. A (B C) = (A B) (A C) 5. A (B C) = (A B) (A C)

6. 7. P( ) 8. (, ) { } { } 9. { } {{ }} 10. P( ) = 1 Kartézský součin a relace 1. Nalezněte kartézský součin A x B x C, kde A = {1, /, <}, b = {+, -,?, *}, C = {0, 1, 2, 3}. 2. Navrhněte algoritmus, pomocí kterého snadno vypočtete úplný kartézský součin množin A 1, A 2,, A n. 3. Uveďte případy unárních a binárních operací v množině N. 4. Uveďte případy binárních relací v množině R. 5. Je dána entita oddělení = (název, budova, číslo posch., krestni_ved, prijmeni_ved ) svou populací. Napište kartézský součin jehož je populace podmnožinou. oddělení: název budova čís. posch. krestni_ved prijmeni_ved Ryby 1 1 Jan Moudrý Obuv 1 2 Petr Spálený Hračky 2 1 Ivan Hlína Potraviny 2 2 Oldřich Vrtkavý Oblečení 3 1 Tomáš Smutný Řešení: 1. A x B x C = {(x,y,z) x A, z B, y C} = {. } 2. Jde o postupný výpočet n-tic (a 1, a 2, a n ) pomocí trojúhelníkového přístupu. Začne se první pozicí a 1. Na tuto pozici dám první prvek množiny A 1. Na druhou pozici v n-tici dám první prvek druhé množiny,, až na poslední pozici a n dám první prvek množiny A n. Vynikne tak první n-tice. Teď začnu postupovat od a n. Na pozici a n dám postupně další prvky množiny A n. Vznikne tak dalších n-1 n-tic. V každé z těchto n-tic měním na předposlední pozici zbývající prvky množiny A n-1. Postup dál směrem k A 1 je již zřejmý. 3. -, +, *, / 4. =, <, >,.. 5. Nejdříve stanovíme definiční obory jednotlivých atributů: Dnázev = {Ryby, Obuv, Hračky, Potraviny, Oblečení} Dbudova = { } Dčís. posch. = { } Dkrestní_ved = { } Dprijmení_ved = { } Potom platí, že oddělení [ Dnázev x Dbudova x Dčís. posch x Dkrestní_ved x Dprijmení_ved ] Binární relace 1. Udělejte formální zápis dělitelnosti celých čísel a b, kterou čteme. a dělí b beze zbytku, jako binární relace na Z. R Z x Z R={(a,b) a,b Z c Z (b = c.a)}

2. Jaké vlastnosti má relace na množině Z? a a...je pravdivé relace je reflexivní platí-li a b potom b a platí...relace je symetrická (a b) (b a) je-li a b, b c potom je a c relace je tranzitivní (a b) (b c) (a c ) 3. Zdůvodněte vlastnosti dvojic binárních relací z množiny <, >,,, =, na Z. < a < a >, a = a < a =. n-nární relace 1. Na základě pochopení definice n-nární relace popište co jsou procedury pro třídění posloupnosti celých čísel. 2. Jak se dá klasifikovat tabulka Oddělení v konfrontaci s definicí n-nární relace? Není to náhodou n-nární relace, n=5? Zdůvodněte. Řešení 1. Procedura třídění zpracovává každou výchozí n-tici celých čísel (x 1, x 2,, x n ) Z x Z x Z = Z n a transformuje tuto n-tici do setříděné n-tice (x' 1, x' 2,, x' n ), která je opět z množiny Z n. Jelikož je množina setříděných n-tic podmnožinou množiny Z n, je jasné, že zřizuje jistou n-nární relaci "R-Procedura setřídění". 2. Ano, tabulka Oddělení prezentuje jistou n-nární relaci, protože je podmnožinou součinu D název x D budova x D čís. posch x D krestní_ved x D prijmení_ved. Takto vytvořená tabulka je populací entity Oddělení (klasický přístup k modelování reality), a tak je vlastně prezentována Db-relace 1 v Coddově algebře ( Coddova algebra je postavena na nosiči, kterým je množina Db-relací). Zobrazení: 1. Zdůvodněte, že funkce y = x 2 pro D x =R není prosté zobrazení. Určete definiční obor tak, aby vzniklo prosté zobrazení a nalezněte k němu inverzní zobrazení. 2. Určete D x pro zobrazení y = x. Rozhodněte, zda je toto zobrazení prosté. 3. Pomocí formálního jazyka teorie množin zapište operace A B, A-B, A B. 4. Graficky znázorněte následující typy zobrazení: z množiny A do množiny B množiny A do množiny B z množiny A na množinu B množiny A na množinu B 5. Definujte následující pojmy: kartézská mocnina, potence množiny, mohutnost kartézského součinu. Nechť A, B, C jsou neprázdné množiny o mohutnostech A = m, B = n, C = k, kolik prvků mají následující množiny: A x B x C; A x B x C; A x B x C x A; P(A) x P(B); 1 Db-relace je vlastně databázová relace

P(A x B). Řešení 1. Funkce není prosté zobrazení, ačkoliv je to zobrazení na, protože (x) a (-x) mají stejný obraz. Prosté bude v D x = (-,0) a (0, + ). V druhém případě (žlutě) k zobrazení existuje inverzní zobrazení 2 y = x. 2. Pro D x =R není prosté. 3. A B= {x (x A) (x B)} A-B ={x (x A) (x B)} A B ={x (x A) (x B)} závorky je možno vynechat 4. Operace lze zakreslit následovně: z do do z na na N-Nární operace 1. Uveďte případy unárních a binárních operací na množině N. 1. Nechť je pro a, b, k, z Z dána běžně používaná funkce Mod (a,b) = z, kde z je dáno vztahy: a = k.b + z, 0 z < b (z je tzv. nejmenší nezáporný zbytek). Vysvětlete, že Mod je binární operace. 2. Výběr podřetězce y z řetězce x je zapsán notací Mid(i,j,x), kde i je pozice zleva od níž se začne vybírat, j je počet vybraných znaků x je řetězec z něhož zleva se vybírá. Co je Mid(i,j,x), když i,j Z a x Σ *? Je to operace nebo relace? Σ je abeceda řetězců, Σ* je množina všech řetězců definovaných nad abecedou Σ. 3. Buďte A,B,C čtvercové matice o rozměru n. Je procedura Součet (A,B,C,n) 3-nární operací? Řešení 1. 2. Výsledkem operace Mod je nezáporný zbytek z Z. Mod je skutečně binární operací, protože: jde o zobrazení f: Z x Z Z, tedy Z 2 Z, kde f: (a, b, k, z Z) ( a = k.b + z, 0 z < b )

3. Především je to zobrazení Z x Z x Σ * Σ * Současně je to 3-nární operace nad množinami Z a Σ *. Není to relace podle definice 3-5. 4. Ano, je. Jestliže je M množinou všech čtvercových matic o rozměru n N, potom f: C=A+B: M 3 M je 3-nární operace v množině M. Použité zdroje: Přednášky z předmětu Teoretické základy informatiky (prof. RNDr. Milan Mišovič, CSc.) Metodická elektronická podpora do předmětu TZI Doporučené zdroje: Přednášky z předmětu Teoretické základy informatiky (prof. RNDr. Milan Mišovič, CSc.) Metodická elektronická podpora do předmětu TZI (dostupná pod kartou předmětu v UIS)!!! Internetové zdroje (výběr v adresáři tohoto dokumentu)