6 Relaatiot. 6.1 Relaation määritelmä

Samankaltaiset tiedostot
Johdatus yliopistomatematiikkaan. JYM, Syksy2015 1/195

Ekvivalenssirelaatio. Määritelmä 2 Joukon A binäärinen relaatio R on ekvivalenssirelaatio, mikäli. Jos R on ekvivalenssirelaatio ja a A, niin joukkoa

X R Matematiikan johdantokurssi, syksy 2016 Harjoitus 5, ratkaisuista

Salausmenetelmät. Veikko Keränen, Jouko Teeriaho (RAMK, 2006)

1 Perusasioita joukoista

Johdatus diskreettiin matematiikkaan Harjoitus 1,

Kurssikoe on maanantaina Muista ilmoittautua kokeeseen viimeistään 10 päivää ennen koetta! Ilmoittautumisohjeet löytyvät kurssin kotisivuilla.

Kuvauksista ja relaatioista. Jonna Makkonen Ilari Vallivaara

Diskreetin matematiikan perusteet Malliratkaisut 2 / vko 38

Vieruskaverisi on tämän päivän luennolla työtoverisi. Jos sinulla ei ole vieruskaveria, siirry jonkun viereen. Esittäytykää toisillenne.

Huom. muista ilmoittautua kokeeseen ajoissa. Ilmoittautumisohjeet kurssin kotisivuilla.

3. Kongruenssit. 3.1 Jakojäännös ja kongruenssi

Luonnollisten lukujen ja kokonaislukujen määritteleminen

811120P Diskreetit rakenteet

a k+1 = 2a k + 1 = 2(2 k 1) + 1 = 2 k+1 1. xxxxxx xxxxxx xxxxxx xxxxxx

Diskreetin matematiikan perusteet Laskuharjoitus 2 / vko 9

Jokaisen parittoman kokonaisluvun toinen potenssi on pariton.

Valitsemalla sopivat alkiot joudutaan tämän määritelmän kanssa vaikeuksiin, jotka voidaan välttää rakentamalla joukko oppi aksiomaattisesti.

Matematiikassa ja muuallakin joudutaan usein tekemisiin sellaisten relaatioiden kanssa, joiden lakina on tietyn ominaisuuden samuus.

(1) refleksiivinen, (2) symmetrinen ja (3) transitiivinen.

Relaatioista. 1. Relaatiot. Alustava määritelmä: Relaatio on kahden (tai useamman, saman tai eri) joukon alkioiden välinen ominaisuus tai suhde.

Diskreetin Matematiikan Paja Tehtäviä viikolle 2. ( ) Jeremias Berg

4 Matemaattinen induktio

missä on myös käytetty monisteen kaavaa 12. Pistä perustelut kohdilleen!

Surjektion käsitteen avulla kuvauksia voidaan luokitella sen mukaan, kuvautuuko kaikille maalin alkioille jokin alkio vai ei.

Salausmenetelmät LUKUTEORIAA JA ALGORITMEJA. Veikko Keränen, Jouko Teeriaho (RAMK, 2006) 3. Kongruenssit. à 3.4 Kongruenssien laskusääntöjä

811120P Diskreetit rakenteet

a) Mitkä seuraavista ovat samassa ekvivalenssiluokassa kuin (3, 8), eli kuuluvat joukkoon

Relaation ominaisuuksia. Ominaisuuksia koskevia lauseita Sulkeumat. Joukossa X määritelty relaatio R on. (ir) irrefleksiivinen, jos x Rx kaikilla x X,

ja s S : ϕ Υ : M,s ϕ, mutta M,s Q. Erityisesti M, t P kaikilla t S, joten

TIETOTEKNIIKAN MATEMATIIKKA

RAKKAUS MATEMAATTISENA RELAATIONA

[a] ={b 2 A : a b}. Ekvivalenssiluokkien joukko

Joukossa X määritelty relaatio R on. (ir) irrefleksiivinen, jos x Rx kaikilla x X,

8 Joukoista. 8.1 Määritelmiä

Diskreetti matematiikka, syksy 2010 Harjoitus 7, ratkaisuista

2017 = = = = = = 26 1

Kurssikoe on maanantaina Muista ilmoittautua kokeeseen viimeistään 10 päivää ennen koetta! Ilmoittautumisohjeet löytyvät kurssin kotisivuilla.

isomeerejä yhteensä yhdeksän kappaletta.

MAT Algebra 1(s)

j(j 1) = n(n2 1) 3 + (k + 1)k = (k + 1)(k2 k + 3k) 3 = (k + 1)(k2 + 2k + 1 1)

LUKUTEORIA johdantoa

missä on myös käytetty monisteen kaavaa 12. Pistä perustelut kohdilleen!

= = = 1 3.

811120P Diskreetit rakenteet

Ratkaisu: a) Kahden joukon yhdisteseen poimitaan kaikki alkiot jotka ovat jommassakummassa joukossa (eikä mitään muuta).

Matematiikan tukikurssi

Johdatus diskreettiin matematiikkaan Harjoitus 2, Osoita että A on hyvin määritelty. Tee tämä osoittamalla

Näytetään nyt relaatioon liittyvien ekvivalenssiluokkien olevan verkon G lohkojen särmäjoukkoja. Olkoon siis f verkon G jokin särmä.

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä ym., osa I

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä ym., osa I

! 7! = N! x 8. x x 4 x + 1 = 6.

R : renkaan R kääntyvien alkioiden joukko; R kertolaskulla varustettuna on

Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdotuksia harjoituksiin 3 (9 sivua) OT

3. Kirjoita seuraavat joukot luettelemalla niiden alkiot, jos mahdollista. Onko jokin joukoista tyhjä joukko?

Nimitys Symboli Merkitys Negaatio ei Konjuktio ja Disjunktio tai Implikaatio jos..., niin... Ekvivalenssi... jos ja vain jos...

Johdatus matemaattiseen päättelyyn

(2n 1) = n 2

Joukot. Georg Cantor ( )

Matemaatiikan tukikurssi

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet

on Abelin ryhmä kertolaskun suhteen. Tämän joukon alkioiden lukumäärää merkitään

Toisin sanoen kyseessä on reaalitason vektoreiden relaatio. v w v =k w jollakink R\{0}.

Diskreetin Matematiikan Paja Ratkaisuehdotuksia viikolle 2. ( ) Jeremias Berg

MS-A0401 Diskreetin matematiikan perusteet Yhteenveto, osa I

Tämän luvun tarkoituksena on antaa perustaidot kompleksiluvuilla laskemiseen sekä niiden geometriseen tulkintaan. { (a, b) a, b œ R }

Johdatus yliopistomatematiikkaan

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä, todistuksia ym., osa I

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä, todistuksia ym., osa I

MAT Algebra I (s) periodilla IV 2012 Esko Turunen

5.6 Yhdistetty kuvaus

811120P Diskreetit rakenteet

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 2

Olkoon seuraavaksi G 2 sellainen tasan n solmua sisältävä suunnattu verkko,

Lineaariset kongruenssiyhtälöryhmät

Diskreetin matematiikan perusteet Laskuharjoitus 1 / vko 8

1 Lukujen jaollisuudesta

Tekijä Pitkä Matematiikka 11 ratkaisut luku 2

Joukkojen ja kokonaislukujen osittaminen

Esko Turunen Luku 9. Logiikan algebralisointi

Approbatur 3, demo 1, ratkaisut A sanoo: Vähintään yksi meistä on retku. Tehtävänä on päätellä, mitä tyyppiä A ja B ovat.

Miten osoitetaan joukot samoiksi?

Tehtäväsarja I Seuraavissa tehtävissä harjoitellaan erilaisia todistustekniikoita. Luentokalvoista 11, sekä voi olla apua.

Johdatus yliopistomatematiikkaan. JYM, Syksy /197

Tehtävä 8 : 1. Tehtävä 8 : 2

Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdotuksia harjoituksiin 6 (8 sivua) OT. 1. a) Määritä seuraavat summat:

T Syksy 2003 Logiikka tietotekniikassa: perusteet Laskuharjoitus 8 (opetusmoniste, kappaleet )

Johdatus matematiikkaan

Similaarisuus. Määritelmä. Huom.

Johdanto 2. 2 Osamääräkunnan muodostaminen 7. 3 Osamääräkunnan isomorfismit 16. Lähdeluettelo 20

DISKREETTIÄ MATEMATIIKKAA.

6 Vektoriavaruus R n. 6.1 Lineaarikombinaatio

1. Osoita, että joukon X osajoukoille A ja B on voimassa toinen ns. de Morganin laki (A B) = A B.

Juuri 11 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Kannan vektorit siis virittävät aliavaruuden, ja lisäksi kanta on vapaa. Lauseesta 7.6 saadaan seuraava hyvin käyttökelpoinen tulos:

2. Minkä joukon määrittelee kaava P 0 (x 0 ) P 1 (x 0 ) mallissa M = ({0, 1, 2, 3}, P M 0, P M 1 ), kun P M 0 = {0, 1} ja P M 1 = {1, 2}?

Esko Turunen MAT Algebra1(s)

rm + sn = d. Siispä Proposition 9.5(4) nojalla e d.

KOMBINATORIIKKA JOUKOT JA RELAATIOT

Esko Turunen Luku 3. Ryhmät

Transkriptio:

6 Relaatiot 6. Relaation määritelmä Määritelmä 6... Oletetaan, että X ja Y ovat joukkoja. Jos R µ X Y, sanotaan, että R on joukkojen X ja Y välinen relaatio. Jos R µ X X, sanotaan, että R on joukon X relaatio. Jos (a, b) œ R, sanotaan, että alkio a on relaatiossa R alkion b kanssa ja merkitään arb. Esimerkki 6..2. Merkitään X = {, 2, } ja Y = {n œ N Æ n Æ 9}. Tällöin esimerkiksi R = {(, ), (, 2), (2, 4), (, 6), (, 9)} on joukkojen X ja Y välinen relaatio, sillä R µ X Y. Lisäksi esimerkiksi on joukon X relaatio, sillä S µ X X. S = {(, 2), (2, ), (, 2)} Esimerkki 6... Merkitään X = {, 2}. Joukon X potenssijoukko on sen kaikkien osajoukkojen muodostama joukko P(X) ={ÿ, {}, {2}, {, 2}}. Määritellään joukkojen X ja P(X) välinen relaatio T seuraavasti: T = { (a, A) œ X P(X) a œ A }. Havaitaan, että esimerkiksi (, {}) œ T, sillä œ{}. Siis luku on relaatiossa T joukon {} kanssa. Toisaalta esimerkiksi (2, ÿ) œ T, sillä 2 œ ÿ. Luku 2 ei siis ole relaatiossa joukon ÿ kanssa. Relaatio T voidaan esittää nuolikaavion avulla, kuten kuvassa 6., tai luettelemalla kaikki siihen kuuluvat järjestetyt parit: T = {(, {}), (, {, 2}), (2, {2}), (2, {, 2})} A P(A) 2 A {} {2} Kuva 6.: Relaatio T nuolikaavion avulla esitettynä. 79

Esimerkki 6..4. Merkitään X = {, 2,, 4, }. Määritellään joukon X relaatio R seuraavasti: R = { (a, b) œ X X a + b<6 }. Havaitaan, että esimerkiksi (2, ) œ R, sillä2+< 6. Siisluku2 on relaatiossa R luvun kanssa eli 2R. Toisaalta esimerkiksi (, 4) œ R, sillä+4 < 6. Luku ei siis ole relaatiossa luvun 4 kanssa. Relaatio R voidaan esittää luettelemalla kaikki siihen kuuluvat järjestetyt parit: R = {(, ), (, 2), (2, ), (, ), (, ), (, 4), (4, ), (2, 2), (2, ), (, 2)}. Sitä voidaan havainnollistaa koordinaatistossa sekä erilaisten nuolikaavioiden avulla: 4 2 4 2 2 4 Kuva 6.2: Relaatio R havainnollistettuna eri tavoin. 6.2 Relaation refleksiivisyys, symmetrisyys ja transitiivisuus Määritelmä 6.2.. Oletetaan, että R on joukon X relaatio. Relaatio R on refleksiivinen, jos kaikilla x œ X pätee xrx eli (x, x) œ R. symmetrinen, jos kaikilla a, b œ X seuraava ehto toteutuu: jos arb, niinbra. transitiivinen, jos kaikilla a, bcœ X seuraava ehto toteutuu: jos arb ja brc, niinarc. Esimerkki 6.2.2. Merkitään X = {, 2,, 4, }. Tarkastellaan esimerkissä 6..4 määriteltyä joukon X relaatiota R: R = { (a, b) œ X X a + b<6 }. Relaation refleksiivisyyden, symmetrisyyden ja transitiivisuuden tutkimista voi helpottaa, jos relaatiota havainnollistaa nuolikaaviolla. 80

Kuvan 6. nuolikaaviosta nähdään, että esimerkiksi (4, 4) œ R. Relaatio R ei siis ole refleksiivinen. Relaatio R ei ole myöskään transitiivinen, sillä esimerkiksi (, ) œ R ja (, 4) œ R mutta (, 4) œ R. Nuolikaaviossa kaikki nuolet eri pisteiden välillä kulkevat molempiin suuntiin, minkä vuoksi relaatio R vaikuttaa olevan symmetrinen. Perustellaan tämä vielä tarkasti: Oletetaan, että a, b œ A ja arb. Tällöin a + b<6. Koska yhteenlaskettavien järjestyksellä ei ole väliä, myös b + a<6. Tämä tarkoittaa, että bra. Siis relaatio R on symmerinen. 2 4 Kuva 6.: Relaatio R on symmetrinen, mutta ei refleksiivinen eikä transitiivinen. Esimerkki 6.2.. Merkitään X = {, 2, }. Määritellään joukon P(X) relaatio S seuraavasti: S = {(A, B) œp(x) P(X) A µ B}. Huomataan, että relaatio S on refleksiivinen, sillä kaikilla A œ P(X) pätee A µ A. Relaatio S ei ole symmetrinen, sillä esimerkiksi {2} µ{2, } mutta {2, } µ {2}. Tämä tarkoittaa, että ({2}, {2, }) œ S mutta ({2, }, {2}) œ S. Näytetään, että relaatio S on transitiivinen: Oletetaan, että A, B, C œp(x) ja (A, B) œ S ja (B,C) œ S. Tämä tarkoittaa, että A µ B ja B µ C. Voidaan päätellä, että A µ C. Siis myös (A, C) œ S. 6. Ekvivalenssirelaatio ja ekvivalenssiluokat Määritelmä 6... Oletetaan, että R on joukon X relaatio. Jos R on refleksiivinen, symmetrinen ja transitiivinen, niin sanotaan, että R on ekvivalenssirelaatio. Esimerkki 6..2. Määritellään joukon Z relaatio ehdolla a b, jos erotus a b on jaollinen luvulla. Osoitetaan, että on ekvivalenssirelaatio. 8

Osoitetaan, että relaatio on refleksiivinen. Oletetaan, että a Z. Tällöin a a =0= 0, joten (a a). Siisa a. Tämä päättely pätee millä tahansa kokonaisluvulla, joten jokainen kokonaisluku on relaatiossa itsensä kanssa. Osoitetaan, että relaatio on symmetrinen. Oletetaan, että a, b Z ja a b. Tällöin a b =k jollakin k Z. Kertomalla tätä yhtälöä molemmin puolin luvulla saadaan yhtälö b a = ( k), missä k Z. Näin ollen (b a). Siisb a. Osoitetaan, että relaatio on transitiivinen. Oletetaan, että a, b, c Z ja lisäksi a b ja b c. Tällöin a b =k jollakin k Z ja b c =m jollakin m Z. Siten a c = a b + b c =k +m = (k + m), missä k + m Z. Näin (a c). Siisa c. Relaatio on siis refleksiivinen, symmetrinen ja transitiivinen, joten se on ekvivalenssirelaatio. Määritelmä 6... Oletetaan, että R on joukon X ekvivalenssirelaatio. Alkion a X ekvivalenssiluokka on [a] R = { x X (x, a) R } = { x X xra }. Alkiota a sanotaan ekvivalenssiluokan [a] R edustajaksi. Kaikkien ekvivalenssiluokkien muodostamaa joukkoa merkitään X/R. Siis X/R = { [a] R a X }. Alkion a X ekvivalenssiluokan muodostavat siis ne joukon X alkiot, jotka ovat relaatiossa alkion a kanssa. Ekvivalenssiluokan käsitettä havainnollistetaan seuraavassa esimerkissä. Esimerkki 6..4. Olkoon S kaikkien suomen kielen sanojen muodostama joukko. Määritellään joukon S relaatio ehdolla a b, jos sana a alkaa samalla kirjaimella kuin sana b. Varmistetaan aluksi, että on ekvivalenssirelaatio. Relaatio on refleksiivinen, sillä jokainen sana on itsensä kanssa relaatiossa. Nimittäin jokaisella sanalla on sama alkukirjain kuin sillä itsellään. Relaatio on symmetrinen: jos sana a alkaa samalla kirjaimella kuin sana b, niin sana b alkaa samalla kirjaimella kuin sana a. 82

Relaatio on transitiivinen: Jos sana a alkaa samalla kirjaimella kuin sana b ja sana b alkaa samalla kirjaimella kuin sana c, niin kaikilla kolmella sanalla on sama alkukirjain. Erityisesti sana a alkaa samalla kirjaimella kuin sana c. Relaatio on siis refleksiivinen, symmetrinen ja transitiivinen, joten se on ekvivalenssirelaatio. Määritetään seuraavaksi sanan aamu ekvivalenssiluokka. Määritelmän mukaan [aamu] = { s S s aamu } = { s S sana s alkaa kirjaimella a } Havaitaan, että sanan aamu ekvivalenssiluokan muodostavat kaikki a-kirjaimella alkavat sanat. Vastaavalla tavalla päättelemällä huomataan, että relaation ekvivalenssiluokat ovat [aamu], [banaani], [celcius], [demokratia],...,[öljy]. Jokaisen ekvivalenssiluokan muodostavat siis kaikki tietyllä kirjaimella alkavat sanat. Tässä esimerkiksi sana demokratia on valittu kaikkien d-kirjaimella alkavien sanojen edustajaksi. Kaikkien ekvivalenssiluokkien joukko on S/ = ) [aamu], [banaani], [celcius], [demokratia],...,[öljy] * Esimerkki 6... Esimerkissä 6..2 määriteltiin joukon Z relaatio ehdolla a b, jos erotus a b on jaollinen luvulla, ja osoitettiin, että on ekvivalenssirelaatio. Määritetään sen ekvivalenssiluokat. Tarkastellaan aluksi vaikkapa lukua 0. Ekvivalenssiluokan määritelmän mukaan [0] = { z Z z 0 } = { z Z z 0=k jollakin k Z } = { z Z z =k jollakin k Z } = { k k Z}. Luvun 0 ekvivalenssiluokan muodostavat siis kaikki viidellä jaolliset luvut: 0, ±, ±0, ±, ±20, ±2, ±0,... Luvun ekvivalenssiluokaksi saadaan vastaavalla tavalla [] = { z Z z } = { z Z z =k jollakin k Z } = { z Z z =k +jollakin k Z } = { k + k Z}. Havaitaan, että luvun ekvivalenssiluokan muodostavat ne luvut, joiden jakojäännös viidellä jaettaessa on yksi. Siis luvut, 6,, 6,... ja luvut 4, 9, 4, 9,... 8

Samaan tapaan havaitaan, että [2] = { k +2 k œ Z} [] = { k + k œ Z} [4] = { k +4 k œ Z}. Voidaan osoittaa, että tässä ovat kaikki relaation ekvivalenssiluokat. Tämä liittyy siiden, että viidellä jaettaessa mahdolliset jakojäännökset ovat 0,, 2, ja 4. Asiaa on havainnollistettu tarkemmin seuraavassa esimerkissä. Kaikkien ekvivalenssiluokkien joukko on siis Z/ = {[0], [], [2], [], [4] }. Jokaisen ekvivalenssiluokan muodostavat kaikki ne kokonaisluvut, joilla on sama jakojäännös luvulla jaettaessa. Esimerkki 6..6. Jatketaan esimerkin 6.. ekvivalenssirelaation tarkastelua. Esimerkissä 6.. nähtiin, että alkion ekvivalenssiluokka on [] = { k + k Z} = {..., 7, 2, 7, 2,, 8,, 8, 2,...}. Ekvivalenssiluokan [] muodostavat siis ne luvut, joiden jakojäännös viidellä jaettaessa on. Osoitetaan, että luvun 8 ekvivalenssiluokka on sama kuin luvun ekvivalenssiluokka, eli että [8] = []. Koska ekvivalenssiluokat ovat joukkoja, näytetään sisältyminen molempiin suuntiin. : Oletetaan, että x [8]. Tällöin ekvivalenssiluokan määritelmän mukaan x 8. Toisaalta 8, sillä erotus 8 =on jaollinen luvulla. Koska on ekvivalenssirelaatio, se on transitiivinen. Transitiivisuuden nojalla voidaan päätellä, että myös x. Tämä tarkoittaa, että x []. : Oletetaan, että x []. Tällöin x. Lisäksi 8, sillä erotus 8= on jaollinen luvulla. Ekvivalenssirelaation transitiivisuuden nojalla tällöin myös x 8. Siisx [8]. 84