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

Samankaltaiset tiedostot
Johdatus matemaattiseen päättelyyn

Miten osoitetaan joukot samoiksi?

811120P Diskreetit rakenteet

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

Diskreetin matematiikan perusteet Laskuharjoitus 1 / vko 8

(2n 1) = n 2

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet

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

Joukot. Georg Cantor ( )

Lause 5. (s. 50). Olkoot A ja B joukkoja. Tällöin seuraavat ehdot ovat

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

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

Diskreetin Matematiikan Paja Ratkaisuhahmotelmia viikko 1. ( ) Jeremias Berg

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

Esitetään tehtävälle kaksi hieman erilaista ratkaisua. Ratkaisutapa 1. Lähdetään sieventämään epäyhtälön vasenta puolta:

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

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

Luonnollisten lukujen induktio-ominaisuudesta

Luonnollisten lukujen ja kokonaislukujen määritteleminen

1 Perusasioita joukoista

b) Määritä myös seuraavat joukot ja anna kussakin tapauksessa lyhyt sanallinen perustelu.

Topologia Syksy 2010 Harjoitus 11

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,

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 1

Algebra I, harjoitus 5,

= 5! 2 2!3! = = 10. Edelleen tästä joukosta voidaan valita kolme särmää yhteensä = 10! 3 3!7! = = 120

Algebra I Matematiikan ja tilastotieteen laitos Ratkaisuehdotuksia harjoituksiin 9 (6 sivua) OT

Matematiikan ja tilastotieteen laitos Matematiikka tutuksi Harjoitus 2, malliratkaisut

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

1. Esitä rekursiivinen määritelmä lukujonolle

8 Joukoista. 8.1 Määritelmiä

Johdatus lukuteoriaan Harjoitus 2 syksy 2008 Eemeli Blåsten. Ratkaisuehdotelma

Ratkaisu: Käytetään induktiota propositiolauseen A rakenteen suhteen. Alkuaskel. A = p i jollain i N. Koska v(p i ) = 1 kaikilla i N, saadaan

r > y x z x = z y + y x z y + y x = r y x + y x = r

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

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

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

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

Funktioista. Esimerkki 1

Johdatus matematiikkaan

2.1. Tehtävänä on osoittaa induktiolla, että kaikille n N pätee n = 1 n(n + 1). (1)

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

Kuvaus eli funktio f joukolta X joukkoon Y tarkoittaa havainnollisesti vastaavuutta, joka liittää joukon X jokaiseen alkioon joukon Y tietyn alkion.

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}?

X R Matematiikan johdantokurssi, syksy 2016 Harjoitus 5, ratkaisuista

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

Johdatus diskreettiin matematiikkaan Harjoitus 1,

1 sup- ja inf-esimerkkejä

Vastauksia. Topologia Syksy 2010 Harjoitus 1

Jokaisen parittoman kokonaisluvun toinen potenssi on pariton.

Kuvaus eli funktio f joukolta X joukkoon Y tarkoittaa havainnollisesti vastaavuutta, joka liittää joukon X jokaiseen alkioon joukon Y tietyn alkion.

isomeerejä yhteensä yhdeksän kappaletta.

Johdatus matemaattiseen päättelyyn (5 op)

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

TIEA241 Automaatit ja kieliopit, syksy Antti-Juhani Kaijanaho. 8. syyskuuta 2016

Matematiikan tukikurssi

Matematiikan ja tilastotieteen laitos Algebra I - Kesä 2009 Ratkaisuehdoituksia harjoituksiin 8 -Tehtävät sivua Heikki Koivupalo ja Rami Luisto

MS-A0401 Diskreetin matematiikan perusteet Yhteenveto, osa I

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

Algebra I, Harjoitus 6, , Ratkaisut

Diskreetin matematiikan perusteet Laskuharjoitus 2 / vko 9

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

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

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

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

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

U β T. (1) U β T. (2) {,X} T. (3)

67-x x 42-x. Matematiikan johdantokurssi, syksy 2016 Harjoitus 3, ratkaisuista

Johdatus yliopistomatematiikkaan. JYM, Syksy /197

Kuvauksista ja relaatioista. Jonna Makkonen Ilari Vallivaara

Ratkaisu: (b) A = x 0 (R(x 0 ) x 1 ( Q(x 1 ) (S(x 0, x 1 ) S(x 1, x 1 )))).

Tehtävä 1. Arvioi mitkä seuraavista väitteistä pitävät paikkansa. Vihje: voit aloittaa kokeilemalla sopivia lukuarvoja.

6 Relaatiot. 6.1 Relaation määritelmä

Matematiikan johdantokurssi, syksy 2016 Harjoitus 11, ratkaisuista

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Johdatus logiikkaan I, syksy 2018 Harjoitus 5 Ratkaisuehdotukset

Äärellisten mallien teoria

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II. LM2, Kesä /141

Diskreetin matematiikan perusteet Malliratkaisut 2 / vko 38

Lisää kvanttoreista ja päättelyä sekä predikaattilogiikan totuustaulukot 1. Negaation siirto kvanttorin ohi

Todennäköisyyslaskenta I, kesä 2017 Helsingin yliopisto/avoin Yliopisto Harjoitus 1, ratkaisuehdotukset

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 2

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

Yhtenäisyydestä. Johdanto. Lähipisteavaruus. Tuomas Korppi

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta Liite 1: Joukko-oppi

Vapaus. Määritelmä. jos c 1 v 1 + c 2 v c k v k = 0 joillakin c 1,..., c k R, niin c 1 = 0, c 2 = 0,..., c k = 0.

Tehtävä 4 : 2. b a+1 (mod 3)

Algebran perusteet. 44 ϕ(105) = (105). Näin ollen

Onko kuvaukset injektioita? Ovatko ne surjektioita? Bijektioita?

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 3

1 Lineaariavaruus eli Vektoriavaruus

802320A LINEAARIALGEBRA OSA I

Matematiikan tukikurssi

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

Vaihtoehtoinen tapa määritellä funktioita f : N R on

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Tilastollinen päättely II, kevät 2017 Harjoitus 1 Ratkaisuehdotuksia Tehtäväsarja I

Diskreetin Matematiikan Paja Ratkaisuehdotuksia viikolle 2. ( ) Jeremias Berg

LUKUTEORIA johdantoa

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

Determinoiruvuuden aksiooma

1 sup- ja inf-esimerkkejä

Transkriptio:

Matematiikan laitos Johdatus Diskreettiin Matematiikaan Harjoitus 1 03.11.2010 Ratkaisuehdotuksia Aleksandr Nuija 1. Tarkastellaan joukkoja A = {1,3,4}, B = {2,3,7,9} ja C = {2, 5, 7}. Määritä joukot (a) A B, A C ja B C; (b) A B, A C ja B C; (c) A ja A ; (d) A\B, B \A, A\C ja C \B. Ratkaisu: a) Kahden joukon yhdisteseen poimitaan kaikki alkiot jotka ovat jommassakummassa joukossa (eikä mitään muuta). A B = {1,2,3,4,7,9}, A C = {1,2,3,4,5,7}, B C = {2,3,5,7,9}. b) Kahden joukon leikkauksessa on tasan ne alkiot jotka esiintyvät molemmissa joukoissa. A B = {3}, A C =, B C = {2,7}. Huomaa, että A:llä ja C:llä ei ole yhtäkään yhteistä alkiota, joten niiden leikkaus on tyhjä joukko. c) A = A, tämä pätee itse asiassa mielivaltaiselle joukolle A. Todistetaan tämä väite. Olkoon x A. Yhdisteen määritelmän nojalla silloin joko x A tai x. Vaihtoehto x on kuitenkin mahdoton, sillä tyhjässä joukossa ei ole alkioita. Näin ollen x A. Kääntäen jos x A niin selvästi x A, sillä tämä yhdiste sisältää kaikki A:n alkiot määritelmänsä nojalla. Näin ollen A = A. A on taas tyhjä joukko mielivaltaiselle A. Tämä nähdään seuraavasti. Jos x A niin leikkauksen määritelmän nojalla x A ja x. Erityisesti x. Tämä on kuitenkin

2 mahdotonta. Näin ollen joukko A ei sisältää yhtään alkiota, joten A =. d) Erotus X\Y koostuu tasan niistä X:n alkiosta, jotka eivät ole Y:ssä. Näin ollen A\B = {1,4}, B \A = {2,7,9}, A\C = {1,3,4} = A, C \B = {5}. 2. (a) Olkoon A = {3,7,12}. Määritä potenssijoukko P(A). (b) Olkoon B = {1,2,{3},4}. Määritä potenssijoukko P(B). (c) Jos joukossa X on n alkiota, niin montako alkiota on joukossa P(X)? Ratkaisu: a) A = {3, 7, 12}. Käydään läpi osajoukot alkioiden lukumäärän mukaan. Nollan alkion osajoukko on vain yksi, se on tyhjä joukko. Yhden alkiot osajoukot ovat {3}, {7} ja {12}. Kahden alkion osajoukotovat{3,7},{3,12}ja{7,12}.kolmenalkionosajoukkoja on vain yksi, se on A itse. Näin ollen P(A) = {,{3},{7},{12},{3,7},{3,12},{7,12},{3,7,12}}. b) Käydään vaikkapa samalla tavalla kaikki osajoukot läpi, saadaan P(B) = {,{1},{2},{{3}},{4}{1,2},{1,{3}},{1,4},{2,{3}},{2,4},{{3},4},{1,2,{3}}, {1,2,4},{1,{3},4},{2,{3},4},{1,2,{3},4}}. c) Olkoon A joukon X osajoukko. Tällöin jokainen X:n alkio joko kuuluu A:han tai ei kuuluu eikä A:ssä voi olla mitään X:n ulkopuoleella olevia alkioita. Näin ollen kun muodostamme X:n osajoukon niin tavallaan suoritamme jokaisen X:n alkion kohdalla valinta kahdesta vaihtoehdoista - kuuluu A:han tai ei kuuluu A:han. Kun X:ssä on n alkiota tehdään tämä valinta siis n kertaa. Tästä seuraa, että eri mahdollisuuksia on 2 n. Näin ollen P(X):ssä on tasan 2 n alkiota. 3. Olkoot A = {(x,y) R 2 : x 0,y 0}, B = {(x,y) R 2 : x 0,y 0} ja C = {(x,y) R 2 : y 0}. Määritä A B, A B, C \A ja C \(A B). Havainnollista vastauksia mallikuvioilla. Ratkaisu: A B = {(x,y) R 2 : y 0}.

Todistus: Olkoon z = (x,y) A B. Tällöin z A tai z B. Kummassakin tapauksessa joukkojen A, B määritelmästä seuraa, että y 0. Näin ollen (x,y) {(x,y) R 2 : y 0}. Kääntäen olkoon (x,y) {(x,y) R 2 : y 0}. Nyt x on joka tapauksessa reaaliluku ja jokainen reaaliluku on joko suurempi kuin nolla, nolla, tai pienempi kuin nolla. Toisin sanoen joko x 0 tai x 0. Jos x 0, niin (x,y) A. Jos taas x 0 pätee (x,y) B. Joka tapauksessa (x,y) A B. 3 A B = {(x,y) R 2 : x = 0,y 0} = {(0,y) R 2 : y 0}. Todistus: Olkoon z = (x,y) A B. Tällöin z A ja z B. A:n määritemästä seuraa, että silloin x 0 ja y 0, B:n määritelmästä taas seuraa, että x 0 ja y 0. Erityisesti y 0 ja x:lle saadaan ehdot x 0 ja x 0. Näistä seuraa, että x = 0. Näin ollen z {(x,y) R 2 : x = 0,y 0}. Kääntäenoletetaan,ettäy 0.Tällöinselvästipätee(0,y) A ja (0,y) B, toisin sanoen (0,y) A B. C \A = {(x,y) R 2 : x < 0,y 0}. Todistus: Olkoon z = (x,y) C \ A. Tällöin z C ja z / A. Koska z C, saadaan y 0. Toisaalta pätee x < 0, sillä muuten olisi x 0, josta saadaan z A, ristiriita. Näin ollen (x,y) {(x,y) R 2 : x < 0,y 0}. Kääntäen olkoon z = (x,y) {(x,y) R 2 : x < 0,y 0}. Tällöin y 0, joten z C. Toisaalta z / A, sillä x < 0 ja A:n alkioille pätee x 0. Näin ollen z C \A. C \(A B) = {(x,y) R 2 : x 0,y 0}. Todistus: Yllä on jo laskettu, että A B = {(x,y) R 2 : x = 0,y 0}. Oletetaan, että z = (x,y) C \(A B). Tällöin z C, joten y 0. Toisaalta x 0, sillä jos olisi x = 0 niin pätisi z A B. Näin ollen z {(x,y) R 2 : x 0,y 0}. Kääntäen oletetaan z = (x,y) {(x,y) R 2 : x 0,y 0}. Tällöin erityisesti y 0, joten z C. Lisäksi z / A B, sillä x 0. Näin ollen z C \(A B). 4. Tarkastellaan joukkoja A = {1,3,4}, B = {2,3,7,9} ja C = {2,5,7}.

4 (a) Määritä tulojoukot A B ja B A. (b) Määritä tulojoukko (A B) C. (c) Määritä tulojoukko C. (d) Jos joukossa X on n alkiota ja joukossa Y on m alkiota, niin montako alkiota on tulojoukossa X Y? Ratkaisu: a) A B = {(1,2),(1,3),(1,7),(1,9),(3,2),(3,3),(3,7),(3,9),(4,2),(4,3),(4,7),(4,9)}, B A = {(2,1),(3,1),(7,1),(9,1),(2,3),(3,3),(7,3),(9,3),(2,4),(3,4),(7,4),(9,4)}. Huomaa, että B A:n alkiot saadaan helposti A B:n alkioista vaihtamalla koordinaattien järjestystä. b) (A B) C = {((1,2),2),((1,3),2),((1,7),2),((1,9),2),((3,2),2),((3,3),2),((3,7),2), ((3,9),2),((4,2),2),((4,3),2),((4,7),2),((4,9),2),((1,2),5),((1,3),5),((1,7),5),((1,9),5), ((3,2),5),((3,3),5),((3,7),5),((3,9),5),((4,2),5),((4,3),5),((4,7),5),((4,9),5),((1,2),7), ((1,3),7),((1,7),7),((1,9),7),((3,2),7),((3,3),7),((3,7),7),((3,9),7),((4,2),7),((4,3),7), ((4,7),7),((4,9),7)}. c)mielivaltaiselle joukolle C pätee itse asiassa C =. Todistetaan tämä. Olkoon z C. Tällöin tulojoukon määritelmän nojalla z on muotoa (x,y), missä x ja y C. Tämä on kuitenkin mahdotonta, sillä ei ole olemassa x jolle x. Näin ollen pätee C =. d) Tulojoukon X Y alkiot ovat muotoa (x,y), missä x X ja y Y ja toisaalta kaikki tätä muotoa olevat alkiot ovat tulojoukon X Y alkioita. Ensimmäinen koordinaatti x X voidaan valita n eri tavalla ja toinen koordinaatti y Y voidaan valita m eri tavalla x:stä riippumaatta. Tästä seuraa, että on olemassa nm eri tapa konstruoida X Y:n alkio, joten X Y sisältää tasan nm alkiota. Tämän voi todeta myös seuraavasti - kiinnitetään x X, tällöin saadaan tasan m eri pareja (x,y), kun y käy läpi kaikki Y:n alkiot läpi. Merkitään näiden parien muodostama joukkoa A x :llä, A x sisältää siis tasan m alkiota. Nyt X Y on yhdiste joukoista A x, x X, joita on tasan n kappaletta. Mikään alkio ei kuuluu kahteen eri joukon A x ja A x, missä x x. Toisin sanoen X Y on erillinen yhdiste n:stä joukoista, joista jokainen sisältää tasan m alkiota. Tästä seuraa, että X Y sisältää tasan nm alkiota.

5. Anna esimerkki ainakin yhden alkion sisältävästä joukosta A, joka toteuttaa ehdon x A {x} A. Ratkaisu: Yritetään konstruoida tällainen esimerkki. Joukon täytyy olla epätyhjä, joten sen on sisältävä joku alkio, olkoon se vaikka alkio 0. Ehdon mukaan A:n on sisältävä alkio{0}. Saman ehdon mukaan A on sisältävä alkio{{0}} ja niin edelleen. Tästä nähdään, että A:n on sisältävä ainakin kaikki muotoa olevat alkiot. Merkitään Huomataan, että Tästä seuraa, että joukko toteuttaa vaaditun ehdon. {{...{ 0 }}...} }{{}}{{} n kpl sulkuja n kpl sulkuja x n = {{...{ 0 }}...}. }{{}}{{} n kpl sulkuja n kpl sulkuja {x n } = x n+1. A = {x n : n N} 5 6. Olkoot A k = ] 0, k[ 1. Määritä (a) n A k; (b) n A k; (c) A k; (d) A k. Ratkaisu: a) Helposti huomataan, että jos k l, niin A l =]0,1/l[ A k =]0,1/k[. Tästä seuraa, että n A k = A 1 =]0,1[. Tämä nähdään siis seuraavasti. Jos x n A k, niin x A k jollakin k {1,...,n}. Koska k 1 edellisestä seuraa, että A k A 1, joten x A 1. Kääntäen jos x A 1 niin selvästi n x A k.

6 b) n A k = A n. Oletetaan, että x n A k. Tällöin x A k kaikilla k {1,...,n}, joten erityisesti x A n. Kääntäen jos x A n, niin x A k kaikilla k n, sillä A n A k. Siis x n A k. c) A k = A 1 =]0,1[. Tämämeneesamallatavallakuina)-kohdassa.Josx A k, niin x A k jollakin k N. Koska k 1 pätee, että A k A 1, joten x A 1. Kääntäen jos x A 1 niin selvästi x A k. d) A k =. Oletetaan, että x A k. Tällöin x A k kaikilla k N eli kaikilla k N pätee 0 < x < 1/k. Tämä on kuitenkin mahdotonta, sillä jos x > 0, niin x > 1/k jollakin k N (valitaanvaanniinsuuri kokonaisluku k jollek > 1/x). Tämä ristiriitä osoittaa, että A k on tyhjä joukko.