Diskretne strukture (FiM)

« nazaj

Diskretne strukture (FiM) - vaje 26.11.2020


Relacije

Lastnosti:

  1. refleksivnost: $\forall a \in A: a \, R \, a$
  2. irefleksivnost: $\forall a \in A: \lnot (a \, R \, a)$
  3. simetričnost: $\forall a, b \in A: (a \, R \, b \Rightarrow b \, R \, a)$
  4. asimetričnost: $\forall a, b \in A: (a \, R \, b \Rightarrow \lnot (b \, R \, a))$
  5. antisimetričnost: $\forall a, b \in A: (a \, R \, b \land b \, R \, a \Rightarrow a = b)$
  6. tranzitivnost: $\forall a, b, c \in A: (a \, R \, b \land b \, R \, c \Rightarrow a \, R \, c)$
  7. intranzitivnost: $\forall a, b, c \in A: (a \, R \, b \land b \, R \, c \Rightarrow \lnot (a \, R \, c))$
  8. sovisnost: $\forall a, b \in A: (a \ne b \Rightarrow a \, R \, b \lor b \, R \, a)$
  9. stroga sovisnost: $\forall a, b \in A: (a \, R \, b \lor b \, R \, a)$
  10. enoličnost: $\forall a, b, c \in A: (a \, R \, b \land a \, R \, c \Rightarrow b = c)$

Operacije z relacijami:


Naloga 1

Dani sta relaciji $R,S$ na množici $A=\lbrace 1,2,3,4,5,6 \rbrace$:

\[\begin{aligned} R &= \{(1,2),(1,4),(1,6),(2,1),(3,4),(3,6),(5,6)\} \\ \text{in} \quad S &= \{(2,4),(2,6),(4,4),(6,6)\}. \end{aligned}\]
  1. Določi relaciji $R^{-1}$ in $R*S$.
  2. Katere od naslednjih lastnosti ima relacija $R$: refleksivnost, irefleksivnost, simetričnost, asimetričnost, antisimetričnost, tranzitivnost, sovisnost, strogo sovisnost?

    • $R^{-1} = \lbrace (2, 1), (4, 1), (6, 1), (1, 2), (4, 3), (6, 3), (6, 5) \rbrace$
    • $R * S = \lbrace (1, 4), (1, 6), (3, 4), (3, 6), (5, 6) \rbrace$
    • refleksivna: ne
    • irefleksivna: ja
    • simetrična: ne
    • asimetrična: ne
    • antisimetrična: ne
    • tranzitivna: ne
    • sovisna: ne
    • strogo sovisna: ne
graph LR

1 --> 2
1 --> 4
1 --> 6
2 --> 1
3 --> 4
3 --> 6
5 --> 6

2 ==> 4
2 ==> 6
4 ==> 4
6 ==> 6

Naloga 2

Na množici dvomestnih naravnih števil definiramo relacijo $Q$ takole:

\[x_1x_2 \ Q \ y_1y_2 \ \Leftrightarrow \ x_1 \ge y_1 \ \mbox{ali} \ x_2 > y_2.\]
  1. Kateri pari števil so med sabo v relaciji $Q$: $72,75,82,85$?
  2. Katere od naslednjih lastnosti ima relacija $Q$: refleksivnost, irefleksivnost, simetričnost, asimetričnost, antisimetričnost, tranzitivnost, sovisnost, strogo sovisnost?

    • $72 \, Q \, 72$, $72 \, Q \, 75$, $\lnot (72 \, Q \, 82)$, $\lnot (72 \, Q \, 85)$
    • $75 \, Q \, 72$, $75 \, Q \, 75$, $75 \, Q \, 82$, $\lnot (75 \, Q \, 85)$
    • $82 \, Q \, 72$, $82 \, Q \, 75$, $82 \, Q \, 82$, $82 \, Q \, 85$
    • $85 \, Q \, 72$, $85 \, Q \, 75$, $85 \, Q \, 82$, $85 \, Q \, 85$
    • refleksivnost: ja
    • irefleksivnost: ne
    • simetričnost: ne
    • asimetričnost: ne
    • antisimetričnost: ne
    • tranzitivnost: ne
    • sovisnost: ja
    • stroga sovisnost: ja

Naloga 3

Na $\mathbb{N}$ definiramo naslednjo relacijo:

\[m \, R \, n \ \Leftrightarrow \ mn \text{ je kvadrat naravnega števila}.\]
  1. Pokaži, da je $R$ ekvivalenčna relacija.
  2. Poišči $R[30]$ in $R[12]$.
  3. Poišči tako množico $A\subseteq\mathbb{N}$, ki bo vsebovala natanko en element iz vsakega ekvivalenčnega razreda.

Relacija $R$ je ekvivalenčna, če je


    • refleksivnost:
      • vzamemo $n \in \mathbb{N}$
      • dokazujemo $n \, R \, n \iff n^2$ je kvadrat naravnega števila, očitno res
      • QED
    • simetričnost:
      • vzamemo $m, n \in \mathbb{N}$
      • predpostavimo $m \, R \, n$, dokazujemo $n \, R \, m$
      • $m \, R \, n \Rightarrow mn = nm$ je kvadrat $\Rightarrow n \, R \, m$
      • QED
    • tranzitivnost:
      • vzamemo $m, n, k \in \mathbb{N}$
      • predpostavimo $m \, R \, n$, $n \, R \, k$, dokazujemo $m \, R \, k$
      • $m \, R \, n \land n \, R \, k \Rightarrow mn, nk$ sta kvadrata $\Rightarrow mn^2k$ je kvadrat $\Rightarrow mk$ je kvadrat $\Rightarrow m \, R \, k$
      • QED
    • torej je $R$ ekvivalenčna relacija (če $0 \not\in \mathbb{N}$)
    • $R[30] = \lbrace 30m^2 \mid m \in \mathbb{N} \rbrace$
      • $30 \, R \, n \iff 30n$ je kvadrat $\iff n = 2 \cdot 3 \cdot 5 \cdot m^2$
      • $30 = 2 \cdot 3 \cdot 5$
    • $R[12] = \lbrace 3m^2 \mid m \in \mathbb{N} \rbrace = R[3]$
      • $12 = 2^2 \cdot 3$
  1. $A = \lbrace \prod_{p \in P} p \mid P \subset \mathbb{P} \text{ končna}\rbrace$ (kjer je $\mathbb{P}$ množica vseh praštevil)

Naloga 4

Na $\mathbb{N}$ definiramo naslednjo relacijo:

\[a \, R \, b \ \Leftrightarrow \ 7 \,|\, (5a+2b).\]
  1. Pokaži, da je $R$ ekvivalenčna relacija.
  2. Določi ekvivalenčne razrede relacije $R$.
  3. Poišči še faktorsko množico $\mathbb{N}/R$.

Naloga 5

Naj bodo $R, S, T$ relacije na množici $A$. Pokaži, da velja:

  1. $(R * S)^{-1}=S^{-1} * R^{-1}$,
  2. $R * (S\cup T) = (R * S)\cup (R * T)$,
  3. $R * (S\cap T) \subseteq (R * S)\cap (R * T)$. Poišči še primere relacij $R,S,T$, za katere enakost ne velja.

    • Dokazujemo $\forall a, b \in A: (a \, (R * S)^{-1} \, b \iff a \, (S^{-1} * R^{-1}) \, b)$
    • Vzamemo poljubna $a, b \in A$, dokazujemo ekvivalenco
    • \[\begin{aligned} a \, (R * S)^{-1} \, b &\iff b \, (R * S) \, a \\ &\iff \exists c \in A: (b \, R \, c \land c \, S \, a) \\ &\iff \exists c \in A: (a \, S^{-1} \, c \land c \, R^{-1} \, b) \\ &\iff a \, (S^{-1} * R^{-1}) \, b \end{aligned}\]

Naloga 6

Vsako naravno število $n$ lahko enolično zapišemo kot produkt potenc različnih praštevil. Definirajmo funkcijo $f: \mathbb{N} \to \mathbb{N}$ s predpisom

\[f(p_1^{\alpha_1} \dots p_k^{\alpha_k}) = p_1\cdot \alpha_1 + \dots + p_k \cdot \alpha_k.\]

Na množici $\mathbb{N}$ potem definiramo relacijo $R$ takole:

\[n \, R \, m \ \Leftrightarrow \ f(n) = f(m).\]

Pokaži, da je relacija $R$ ekvivalenčna relacija. Določi ekvivalenčni razred, v katerem je število $25$.