Onko kuvaukset injektioita? Ovatko ne surjektioita? Bijektioita?

Samankaltaiset tiedostot
Johdatus diskreettiin matematiikkaan (syksy 2009) Harjoitus 3, ratkaisuja Janne Korhonen

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

Matematiikka kaikille, kesä 2017

Johdatus matematiikkaan

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

Johdatus matemaattiseen päättelyyn

Vastaus 1. Lasketaan joukkojen alkiot, ja todetaan, että niitä on 3 molemmissa.

Miten perustella, että joukossa A = {a, b, c} on yhtä monta alkiota kuin joukossa B = {d, e, f }?

Seurauksia. Seuraus. Seuraus. Jos asteen n polynomilla P on n erisuurta nollakohtaa x 1, x 2,..., x n, niin P on muotoa

Kuvauksista ja relaatioista. Jonna Makkonen Ilari Vallivaara

5.6 Yhdistetty kuvaus

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 1

Tenttiin valmentavia harjoituksia

Kuvaus. Määritelmä. LM2, Kesä /160

JAKSO 2 KANTA JA KOORDINAATIT

Johdatus diskreettiin matematiikkaan Harjoitus 1,

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

1. Esitä rekursiivinen määritelmä lukujonolle

Injektio. Funktiota sanotaan injektioksi, mikäli lähtöjoukon eri alkiot kuvautuvat maalijoukon eri alkioille. Esim.

Matematiikan tukikurssi

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II. LM2, Kesä /141

Johdatus matemaattiseen päättelyyn

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

x > y : y < x x y : x < y tai x = y x y : x > y tai x = y.

Kantavektorien kuvavektorit määräävät lineaarikuvauksen

Diskreetti matematiikka, syksy 2010 Harjoitus 7, ratkaisuista

Johdatus matemaattiseen päättelyyn

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

Karteesinen tulo. Olkoot A = {1, 2, 3, 5} ja B = {a, b, c}. Näiden karteesista tuloa A B voidaan havainnollistaa kuvalla 1 / 21

DIFFERENTIAALI- JA INTEGRAALILASKENTA I.1. Ritva Hurri-Syrjänen/Syksy 1999/Luennot 6. FUNKTION JATKUVUUS

Diskreetin Matematiikan Paja Ratkaisuehdotuksia viikolle 2. ( ) Jeremias Berg

Huom. muista ilmoittautua kokeeseen ajoissa. Ilmoittautumisohjeet kurssin kotisivuilla.

Diskreetin matematiikan perusteet Malliratkaisut 2 / vko 38

HY / Avoin yliopisto Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II, kesä 2015 Harjoitus 1 Ratkaisut palautettava viimeistään maanantaina klo

1 Joukkojen mahtavuuksista

Topologia Syksy 2010 Harjoitus 11

Kaikki kurssin laskuharjoitukset pidetään Exactumin salissa C123. Malliratkaisut tulevat nettiin kurssisivulle.

Diskreetin Matematiikan Paja Ratkaisuhahmotelmia viikko 1. ( ) Jeremias Berg

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II. LM2, Kesä /310

Diskreetin Matematiikan Paja Tehtäviä viikolle 2. ( ) Jeremias Berg

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet

Johdatus matemaattiseen päättelyyn

Pysähtymisongelman ratkeavuus [Sipser luku 4.2]

Matematiikan johdantokurssi, syksy 2016 Harjoitus 11, ratkaisuista

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

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, kevät 2011 (IV) Antti-Juhani Kaijanaho. 16. maaliskuuta 2011

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

Täydellisyysaksiooman kertaus

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

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

Johdatus yliopistomatematiikkaan. JYM, Syksy2015 1/195

Lineaarikuvauksen R n R m matriisi

1 sup- ja inf-esimerkkejä

Diskreetin matematiikan perusteet Laskuharjoitus 2 / vko 9

Bijektio. Voidaan päätellä, että kuvaus on bijektio, jos ja vain jos maalin jokaiselle alkiolle kuvautuu tasan yksi lähdön alkio.

Analyysi I (mat & til) Demonstraatio IX

Osoita, että täsmälleen yksi vektoriavaruuden ehto ei ole voimassa.

Topologia Syksy 2010 Harjoitus 9

Analyysi III. Jari Taskinen. 28. syyskuuta Luku 1

Lineaarikombinaatio, lineaarinen riippuvuus/riippumattomuus

Tehtäväsarja I Kerrataan lineaarikuvauksiin liittyviä todistuksia ja lineaarikuvauksen muodostamista. Sarjaan liittyvät Stack-tehtävät: 1 ja 2.

Sanomme, että kuvaus f : X Y on injektio, jos. x 1 x 2 f (x 1 ) f (x 2 ) eli f (x 1 ) = f (x 2 ) x 1 = x 2.

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

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

Matematiikan ja tilastotieteen laitos Matematiikka tutuksi Harjoitus 2, malliratkaisut

HY / Avoin yliopisto Johdatus yliopistomatematiikkaan, kesä 2015 Harjoitus 5 Ratkaisuehdotuksia

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

e int) dt = 1 ( 2π 1 ) (0 ein0 ein2π

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

FUNKTIONAALIANALYYSIN PERUSKURSSI Johdanto

Näin ollen saadaan tulos rad(g) diam(g). Toisaalta huomataan, että verkon G kaikilla solmuilla x ja y pätee kolmioepäyhtälön nojalla havainto

Hieman joukko-oppia. A X(A a A b A a b).

Matematiikan tukikurssi

Vastausehdotukset analyysin sivuainekurssin syksyn välikokeeseen

Matematiikan ja tilastotieteen laitos Reaalianalyysi I Harjoitus Malliratkaisut (Sauli Lindberg)

(a) Kyllä. Jokainen lähtöjoukon alkio kuvautuu täsmälleen yhteen maalijoukon alkioon.

Tietojenkäsittelyteorian alkeet, osa 2

Matemaattisten työvälineiden täydentäviä muistiinpanoja

Miten osoitetaan joukot samoiksi?

U β T. (1) U β T. (2) {,X} T. (3)

(2n 1) = n 2

2 / :03

Esko Turunen Luku 3. Ryhmät

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

Harjoitusten 4 ratkaisut Topologiset vektoriavaruudet 2010

Tehtävä 1. Näytä, että tason avoimessa yksikköpallossa

1 Kannat ja kannanvaihto

6 Vektoriavaruus R n. 6.1 Lineaarikombinaatio

Reaaliluvut. tapauksessa metrisen avaruuden täydellisyyden kohdalla. 1 fi.wikipedia.org/wiki/reaaliluku 1 / 13

jonka laskutoimitus on matriisien kertolasku. Vastaavasti saadaan K-kertoiminen erityinen lineaarinen ryhmä

x = y x i = y i i = 1, 2; x + y = (x 1 + y 1, x 2 + y 2 ); x y = (x 1 y 1, x 2 + y 2 );

DISKREETTIÄ MATEMATIIKKAA.

Tehtävä 4 : 2. b a+1 (mod 3)

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 3: Jatkuvuus

Avaruuden R n aliavaruus

Todistusmenetelmiä Miksi pitää todistaa?

reaalifunktioiden ominaisuutta, joiden perusteleminen on muita perustuloksia hankalampaa. Kalvoja täydentää erillinen moniste,

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 5

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

Topologia Syksy 2010 Harjoitus 4. (1) Keksi funktio f ja suljetut välit A i R 1, i = 1, 2,... siten, että f : R 1 R 1, f Ai on jatkuva jokaisella i N,

Transkriptio:

Matematiikkaa kaikille, kesä 2017 Avoin yliopisto Luentojen 2,4 ja 6 tehtäviä Päivittyy kurssin aikana 1. Olkoon A = {0, 1, 2}, B = {1, 2, 3} ja C = {2, 3, 4}. Luettele joukkojen A B, A B, A B ja (A B) C alkiot. Onko A B? Onko A B B? Onko B = C? Onko B A = C {4}? Ratkaisu: A B = {0, 1, 2, 3}, A B = {1, 2}, A B = {0}, (A B) C = {0, 1, 2, 3} {2, 3, 4} = {2, 3} A B ei päde, sillä 0 A mutta 0 / B, A B B pätee, sillä A B = {1, 2} ja 1 B ja 2 B, B = C ei päde, sillä 1 B, mutta 1 / C. B A = {3} ja C {4} = {2, 3}, joten ne eivät ole sama joukko. 2. Olkoon f : R R, f(x) = 1, ja g : R R, g(x) = x, h : R R, h(x) = x 2 Onko kuvaukset injektioita? Ovatko ne surjektioita? Bijektioita? Ratkaisu: f ei ole injektio, sillä f(0) = f(1) = 1, eikä surjektio, sillä millään x ei toteudu f(x) = 0. Koska f ei ole sekä injektio ja surjektio, niin se ei ole bijektio. g on injektio, sillä jos x y, niin g(x) g(y), sillä g(x) = x ja g(y) = y. g on surjektio, sillä jos y R, niin g(y) = y. Näin ollen g on bijektio. h ei ole injektio, sillä h( 1) = h(1) = 1, eikä bijektio sillä millään x ei toteudu h(x) = 1. Koska h ei ole sekä injektio ja surjektio, niin se ei ole bijektio. 3. (Berryn paradoksi) Luonnollisten lukujen joukolle N pätee seuraava ominaisuus: Olkoon A N. Tällöin on olemassa pienin luonnollinen luku, joka kuuluu A:han. Esimerkiksi joukolla {2, 5, 10} on pienin luku, 2. Miksi seuraavan "N:n osajoukon"määritelmä on ongelmallinen? {n N lukua n ei voida kuvailla suomen kielellä käyttämällä vähemmän kuin 20 sanaa} 1

Ratkaisu: Jos osajoukko määritellään näin, niin on olemassa pienin luonnollinen luku jota ei voida kuvailla suomen kielellä käyttämällä vähemmän kuin 20 sanaa. Mutta yllä käytettiin alle 20 sanaa kyseisen luvun kuvaamiseen. 4. Olkoon A epätyhjä joukko ja f : A P(A), f(a) = {a}. Onko kuvaus f injektio? Ratkaisu: On. Jos x ja y ovat A:n eri alkiota, niin f(x) = {x} ja f(y) = {y} ovat eri joukkoja, koska x y. 5. Osoita, että ei ole olemassa surjektiota A P(A). Vihje: Käytä vasta-oletusta ja johda ristiriita (reductio ad absurdum): oleta, että on olemassa surjektio f : A P(A). Tutki P(A):n alkiota B = {x A x / f(x)}. Koska f on surjektio, niin B = f(y) jollakin y A. Mihin päädyt jos y B? Mihin, jos y / B? Ratkaisu: Oletetaan, että f : A P(A) on surjektio. Olkoon B = {x A x / f(x)}. Koska f on surjektio, niin B = f(y) jollakin y A. Jos y B, niin y / f(y), eli y / B. Jos y / B, niin y / f(y), eli y B. Kummassakin tilanteessa päädytään ristiriitaan, joten surjektiota ei voi olla olemassa. 6. Onko olemassa injektiota P(A) A? Vinkki: Cantor-Bernstein-Schröder ja edelliset tehtävät Ratkaisu: Ei, jos injektio olisi olemassa, niin Cantor-Bernstein-Schröderin lause yhdessä tehtävän 4 kanssa sanoisi, että A = P(A), mutta tehtävien 4 ja 5 nojalla A < P(A). 7. (a) Olkoon A B. Osoita, että on olemassa injektio A:sta B:hen. Vihje: 1 (b) Pohdi hyödyntäen edellistä tehtävää ja a-kohtaa voidaanko määritellä joukko J joka koostuu kaikista joukoista? Ratkaisu: a) Olkoon f : A B, f(x) = x (huomaa, että kuvaus voidaan määritellä näin sillä A B). Nyt, jos x y, niin f(x) f(y), joten f on injektio. b) Jos voitaisiin määritellä tällainen joukko J, niin P(J ) J. Näin ollen a-kohdan mukaan on olemassa injektio P(J ) J, mutta edellisen tehtävän nojalla tällaista taas ei ole olemassa. 8. Tämä tehtävä havainnollistaa sitä, että kyyhkyslakkaperiaate ei päde äärettömille joukoille. D. Hilbert esitti artikkelissa [1] seuraavan kuuluisan ajatusleikin äärettömyydestä: Kuvitellaan täynnä oleva hotelli jossa on äärettömän monta yhden hengen huonetta huone 1, huone 2, huone 3, jne. Kuvitellaan neljä tilannetta: 1. Hotellille saapuu yksi uusi vieras. Voidaanko hänet majoittaa hotelliin? 2. Hotellille saapuu M kappaletta uusia vieraita. Voidaanko he kaikki majoittaa hotelliin? 3. Hotellille saapuu (numeroituvasti) ääretön määrä uusia vieraita 1 f : A B, f(x) = x 2

vieras 1, vieras 2, vieras 3,.... Voidaanko he kaikki majoittaa hotelliin? 4. Hotellille saapuu (numeroituvasti) ääretön määrä busseja bussi 1, bussi 2, bussi 3, jne. ja jokaisessa bussissa on (numeroituvasti) ääretön määrä uusia vieraita. Voidaanko he kaikki majoittaa hotelliin? Jokaisessa tilanteessa kysytään siis, voiko hotellin asiakkaat siirtää eri huoneisiin niin, että huoneita vapautuu tarvittava määrä. Ratkaisu: Kaikissa tilanteissa uudet vieraat voidaan majoittaa. Tilanne 1: siirretään huoneen 1 vieras huoneeseen 2, huoneen 2 vieras huoneeseen 3, jne. Näin ollen huone 1 vapautui uudelle asiakkaalle. Tilanne 2: siirretään huoneen 1 vieras huoneeseen M + 1, huoneen 2 vieras huoneeseen M + 2, jne. Näin ollen huoneet 1 M vapautui uusille asiakkaille. Tilanne 3: jokaisella luonnollisella luvulla n siirretään huoneen n vieras huoneeseen n 2. Eli huoneen 1 vieras pysyy huoneessaan, huoneen 2 vieras siirretään huoneeseen 4, huoneen 3 vieras siirretään huoneeseen 9, huoneen 4 vieras huoneeseen 16, jne. Tällä tavalla vapautuu tarvittava ääretön määrä huoneita (huoneet 2,3,5,6,7,8,10,11,12,13,14,15,17...). Tilanne 4: Merkitään bussin 1 vieraita b 1 (1), b 1 (2), b 1 (3),..., bussin 2 vieraita b 2 (1), b 2 (2), b 2 (3),... jne. Voidaan kirjata kaikki uudet vieraat äärettömään matriisiin b 1 (1) b 1 (2) b 1 (3)... b 2 (1) b 2 (2) b 2 (3)... b 3 (1) b 3 (2) b 3 (3)........ Nyt tehdään ensin tilaa hotelliin kuten edellisessä tilanteessa ja sijoitetaan uudet vieraat vapautuneisiin huoneisiin oikeaan yläviistoon menevien nuolien antavan järjestyksen mukaan (sama idea kuin luennolla kun osoitettiin että N = Q ). 9. Oletetaan, että f : A B ja g : B C ovat injektioita. Osoita, että h : A C, h(x) = g(f(x)) on injektio. Tämä osoittaa siis sen, että jos A B ja B C, niin A C. Ratkaisu: Olkoon x y. Koska f on injektio, niin f(x) f(y). Koska g on injektio, niin g(f(x)) g(f(y)). Näin ollen h on injektio. 10. Olkoon A, B ja C joukkoja. Osoita, että on olemassa bijektio f : A A. jos on olemassa bijektio f : A B, niin on olemassa bijektio g : B A 3

jos on olemassa bijektiot f : A B ja g : B C, niin on olemassa bijektio h : A C. Miten voisit yllä olevat kohdat ilmaista käyttämällä symboleja A, B, C ja =? Lisätieto: Tämä osoittaa sen, että joukkojen relaatio A B A = B on ekvivalenssirelaatio. Ratkaisu: f : A A, f(x) = x on bijektio, eli A = A. Oletetaan, että f : A B on bijektio. Koska f on surjektio, niin jokaisella y B on olemassa x A, jolle f(x) = y. Koska f on injektio, niin on olemassa ainoastaan yksi tällainen x. Määritellään g : B A säännöllä g(y) = x, missä x on ainut alkio A:ssa jolle f(x) = y. Eli jos A = B, niin B = A. Oletetaan, että f : AB ja g : B C ovat bijektioita. Määritellän kuvaus h : A C säännöllä h(a) = g(f(a)). h on injektio: osoitettiin edellisessä tehtävässä h on surjektio: olkoon z C. Koska g on surjektio, niin z = g(y) jollakin y B. Koska f on surjektio, niin y = f(x) jollakin x A. Näin ollen h(x) = g(f(x)) = g(y) = z. Näin ollen h on bijektio. Osoitettiin siis, että jos A = B ja B = C, niin A = C. 11. Olkoon B kaikkien äärettömien bittijonojen joukko. Osoita, että P(N) = B, ts. että on olemassa bijektio f : P(N) B. Äärettömät bittijonot ovat ykkösistä ja nollista koostuvia äärettömiä jonoja: Esim: 010101..., 00010010... Ratkaisu: Määritellään bijektio f : P(N) B seuraavalla tavalla: jos A P(N), niin olkoon f(a) se bittijono a 0 a 1 a 2..., jossa a n = 1, jos n A ja a n = 0, jos n / A. Esim. f({0}) = 100000..., f({0, 2}) = 10100000.... 12. Hotellitehtävään liittyvä lisäkysymys: Oletetaan, että jokainen ääretön bittijono vastaa yhtä ihmistä joka haluaa hotelille vieraaksi. Voidaanko he kaikki majoittaa hotelliin? Vihje: 2 Ratkaisu: Ei. Tehtävien 5, 10 ja 11 nojalla ei ole olemassa bijektiota N B. Näin ollen vaikka hotelli olisi tyhjä, niin uusia asiakkaita on liikaa. 13. Olkoon a 1, a 2,... ja b 1, b 2,... kaksi lukujonoa, joille pätee [a n+1, b n+1 ] [a n, b n ] kaikilla indekseillä n. Voidaan osoittaa, että tällöin on olemassa luku x joka kuuluu jokaiseen väliin [a n, b n ]. 2 Edellinen tehtävä ja tehtävä 5 4

Tätä tietoa voi käyttää osoittaakseen, että ei ole olemassa bijektiota N R. Pohditaan yhdessä miten se osoitetaan. Toisiakin tapoja on. Ratkaisu: Oletetaan, että f : N R on bijektio. Näin ollen R = {x 1, x 2, x 3,...}, missä x 1 = f(0), x 2 = f(1), jne. Poimitaan ensimmäiset luvut a 1 ja b 1 missä a 1 < b 1 jotka tulevat luettelossa vastaan jotka kuuluvat väliin [0, 1]. Tämän jälkeen poimitaan ensimmäiset luvut a 2 ja b 2 missä a 2 < b 2 jotka tulevat luettelossa vastaan jotka kuuluvat väliin [a 1, b 1 ]. Tämän jälkeen poimitaan ensimmäiset luvut a 3 ja b 3 missä a 3 < b 3 jotka tulevat luettelossa vastaan jotka kuuluvat väliin [a 2, b 2 ]. Jatkamalla näin saadaan kaksi lukujonoa a 1, a 2,... ja b 1, b 2,... joille pätee [a n+1, b n+1 ] [a n, b n ] kaikilla n. Tehtäväannon mukaan on olemassa luku x joka kuuluu jokaiseen näistä väleistä. Nyt x:ää ennen on äärellinen määrä lukuja lueteltuna. Toisaalta x kuuluu jokaiseen väliin [a n, b n, ], joten jollakin k N x on ensimmäinen luku joka tulee luettelossa vastaan, jolle x [a k, b k ]. Näin ollen x = a k+1 tai x = b k+1. Tästä seuraa, että x / [a k+2, b k+2 ] joka on ristiriidassa sen kanssa että x kuuluu kaikkiin näihin väleihin. 14. Olkoon f : X Y kuvaus. Jos on olemassa kuvaus g : Y X siten että f(g(x)) = x kaikilla x Y, niin g on f:n ns. oikea käänteiskuvaus. Oletetaan, että f on surjektio. Osoita tällöin että f:llä on olemassa oikea käänteiskuvaus. Pohdi tarvitsetko todistuksessa valinta-aksioomaa. Ratkaisu: Koska f on surjektio, niin jokaiselle x Y on olemassa (mahdollisesti useampi) a X, siten että f(a) = x. Käytetään valinta-aksioomaa ja "poimitaan"jokaiselle x yksi a siten että f(a) = x. Määritellään kuvaus g : Y X säännöllä g(x) = a, missä a tuo poimittu alkio. Nyt f(g(x)) = f(a) = x kaikilla x Y, joten g on f:n oikea käänteiskuvaus. Vektoriavaruudet 15. Tarkastellaan vektoriavaruutta R 2. (a) Kirjoita vektorit (2, 3) ja ( 1, 0) muodossa ae 1 + be 2 missä a, b R ja e 1 = (1, 0) sekä e 2 = (0, 1). (b) Kirjoita yllä olevat vektorit muodossa af 1 + bf 2, missä f 1 = ( 1, 0) ja f 2 = (1, 1). (c) Mikä vektori (a, b) on R 2 :n nollavektori? Ratkaisu: a) 2e 1 + 3e 2, e 1, b) f 1 + 3f 2 ja f 1, c) (0, 0) 16. Tarkastellaan vektoriavaruutta R 3. (a) Kirjoita vektorit (2, 3, 0) ja ( 1, 0, 1) muodossa ae 1 + be 2 + ce 3, missä a, b, c R ja e 1 = (1, 0, 0), e 2 = (0, 1, 0), e 3 = (0, 0, 1). (b) Kirjoita yllä olevat vektorit muodossa af 1 + bf 2 + cf 3, missä f 1 = ( 1, 0, 1), f 2 = e 2 ja f 3 = e 3. (c) Mikä vektori (a, b, c) on R 3 :n nollavektori? Ratkaisu: a) 2e 1 + 3e 2 ja e 1 + e 3 b) 2f 1 + 3f 2 + 2f 3 ja f 1 c) (0, 0, 0) 5

17. Avaruuden P 2 luonnollinen kanta on {f 1, f 2, f 3 } missä f 1 (x) = 1, f 2 (x) = x, f 3 (x) = x 2. (a) Mikä on P 2 :n dimensio? (b) Kirjoita polynomit g(x) = x + 2 ja h(x) = 2x 2 3x + 1 muodossa af 1 + bf 2 + cf 3, missä a, b, c R. (c) Päteekö P 2 P 3? (d) Määritellään kuvaus T : P 2 R 3, T (af 1 + bf 2 + cf 3 ) = ae 1 + be 2 + ce 3. Määritä T (g) ja T (h), missä g ja h ovat kuten b-kohdassa. Onko T bijektio? (e) Mikä polynomi on P 2 :n nollavektori? Ratkaisu: a) 3 b) g = 2f 1 + f 2 ja h = f 1 3f 2 + 2f 3 c) Pätee, sillä P 3 :ssa on kaikki polynomit joiden aste on korkeintaan 3, erityisesti se sisältää kaikki polynomit joiden aste on korkeintaan 2, eli koko avaruuden P 2 d) T (g) = 2e 1 +e 2, T (h) = e 1 3e 2 +2e 3. T on bijektio. e) N(x) = 0. 18. Osoita, että jono x = (a 1, a 2, a 3,...) missä a n = 1/n suppenee kohti lukua 0. Päteekö x c 0? Ratkaisu: Olkoon r > 0. Olkoon n r indeksi jolle n r > 1/r. Tällöin kaikilla n n r pätee a n 0 = 1/n < 1/n r < r Näin ollen a n 0 kun n. c 0 :aan kuuluu kaikki jonot jotka suppenevat kohti nollaa, joten x c 0 19. Osoita, että jono x = (a 1, a 2,...), missä a n = 2 (1/2) n. Osoita, että x l 1. Vihje: geometrinen sarja. Ratkaisu: a n = 2 (1/2) k = (1/2) k 1 1 = 1 1/2 = 2 k=1 k=1 k=1 sillä sarja on geometrinen (jossa a = 1 ja suhdeluku q = 1/2. 20. Tarkastellaan kuvausta T : l l, T ((a 1, a 2, a 3,...)) = (0, a 1, a 2, a 3,...). Onko kuvaus injektio? Surjektio? Miten tämä kuvaus liittyy hotellitehtävän 8 1. tilanteeseen? Keksitkö kuvauksen S : l l jolle pätee S(T (a 1, a 2, a 3,...)) = (a 1, a 2, a 3,...)? Onko kuvaus S injektio? Surjektio? Ratkaisu: T on injektio: olkoon x = (a 1, a 2,...) ja y = (b 1, b 2,...) missä x y. Tällöin jollakin indeksillä n pätee a n b n. Näin ollen (0, a 1, a 2,...) (0, b 1, b 2,...), toisin sanoen T x T y. T ei ole surjektio: y = (1, 0, 0,...) l, mutta millään x l ei päde T x = y, sillä jonon T x ensimmäinen luku on 0. Olkoon S : l l, S(a 1, a 2,...) = (a 2, a 3,...). Tällöin S(T (a 1, a 2, a 3,...)) = S(0, a 1, a 2, a 3,...) = (a 1, a 2,...). 6

S ei ole injektio, sillä (0, 0, 0,...) (1, 0, 0,...), mutta S(0, 0, 0,...) = S(1, 0, 0,...) = (0, 0, 0,...) S on surjektio: olkoon (a 1, a 2,...) l. Tällöin (0, a 1, a 2,...) l ja S(0, a 1, a 2,...) = (a 1, a 2,...). [1] Hilbert, D. Über das Unendliche, Mathematische Annalen 95 (1926): 161-190. 7