Ekvivalensrelasjon
Transcription
Ekvivalensrelasjon
Diskret Matematikk tirsdag 17. november 2015 Repetisjon fra siste uke: Relasjoner En relasjon R på en mengde produktmengden A A . A er en delmengde av La R være en relasjon på en mengde A . R er refleksiv hvis R er symmetrisk hvis R er antisymmetrisk hvis a b og (a, b) R , R er transitiv hvis og (a, a) R for alle (a, b) R , (a, b) R a A. så er (b, a) R . (b, c) R , så er (b, a) R . så er (a, c) R . Ekvivalensrelasjoner En relasjon R på en mengde A er en Ekvivalensrelasjon hvis den er refleksiv, symmetrisk og transitiv. Eksempel Gitt relasjonen R på A der A er heltallene og R = {(a, b) | a + b er et partall} Vi skal avgjøre om R er en ekvivalensrelasjon. Er R refleksiv? Ja, fordi a + a = 2a er et partall. Er R symmetrisk? Ja, fordi hvis a + b er et partall må b + a være et partall siden a + b = b + a. Er R transitiv? Ja. Begrunnelse: La (a, b) ∈ R og (b, c) ∈ R, dvs. a + b er et partall og b + c er et partall. Summen av to partall er et partall og da får vi at (a + b) + (b + c) = 2x a + c + 2b = 2x Diskret Matematikk tirsdag 17. november 2015 a + c = 2x – 2b = 2(x-b). Vi ser at a + c et partall og følgelig er R transitiv. Siden R både er refleksiv, symmetrisk og transitiv er R en ekvivalensrelasjon. Partisjoner (oppdelinger) Gitt en mengde A, og delmengdene A1 og A2, der A1 ∪ A2 = A og A1 ∩ A2 = Ø, dvs. A1 og A2 er disjunkte mengder uten felles elementer. Vi sier da et A1 og A2 utgjør en partisjon av A. Et annet ord for partisjon er oppdeling. En partisjon (oppdeling) En samling delmengder A , A , A , . . . , A av en mengde A utgjør en partisjon av A hvis A A A . . . A A og A A Ø for alle i j . 1 3 2 1 n 2 3 n Eksempel La A = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}, der A1 = {1, 3, 5, 7, 9}, dvs. mengde av oddetallene i A A2 = {2, 4, 6, 8, 10} dvs. mengde av partallene i A A1 ∪ A2 = A i j Diskret Matematikk tirsdag 17. november 2015 A1 ∩ A2 = Ø, dvs. A1 og A2 er disjunkte mengder uten felles elementer. Delmengdene A1 og A2 utgjør en partisjon av A. Ekvivalensklasser La R være en ekvivalensrelasjon på en mengde A. La a ∈ A. Ekvivalensklassen til a betegnes som [𝑎]R og er beskrevet som følgende delmengde av A: [𝑎]R = { b ∈ A| (a, b) ∈ R } Eksempel 1 La A = {1, 2, 3} og R = {(a, b) | a ≤ b} R kan også skrives helt ut: R = {(1, 1), (1, 2), (1, 3), (2, 2), (2, 3), (3,3)} [1]R = {1, 2, 3} [2]R = { 2, 3} [3]R = {3} Hvis (a, b) er et verdipar i R er ekvivalensklassen til a mengden av alle andrekoordinater i verdipar der a er førstkoordinat. Diskret Matematikk tirsdag 17. november 2015 Eksempel 2 La A være heltallene og R = {(a, b)| a ≡ b(mod 5)} Vi får da følgende ekvivalensklasser: [0]R = {…, -10, -5, 0, 5, 10, 15, ….} [1]R = {…, -9, -4, 1, 6, 11, 16, ….} [2]R = {…, -8, -3, 2, 7, 12, 17, ….} [3]R = {…, -7, -2, 3, 8, 13, 18, ….} [4]R = {…, -6, -1, 4, 9, 14, 19, ….} Vi får at [5]R =[0]R, [6]R =[1]R, [7]R =[2]R, [8]R =[3]R, [9]R =[4]R, [10]R =[0]R osv. [0]R ∪ [1]R ∪ [2]R ∪ [3]R ∪ [4]R = A [0]R ∩ [1]R = Ø, [1]R ∩ [2]R = Ø osv. Setning 1: La R være en ekvivalensrelasjon på en mengde A. Da vil ekvivalensklassene til R utgjøre en partisjon av A. Setning 2 – omvendt: Gitt en partisjon av en mengde A. Da definerer den en ekvivalensrelasjon R på A ved at alle elementer i hver delmengde relateres til hverandre og seg selv. Eksempel La A = { a, b, c, d, e, f, g }. La A1 = {a, b, c}, A2 = {d, e} og A3 = {f, g} Vi ser at A1 ∪ A2 ∪ A3 = A og at A1 ∩ A2 ∩ A3= Ø. Dette definerer følgende ekvivalensrelasjon: R = {(a, a), (b, b), (c, c), (a, b), (b, a), (a, c), (c, a), (b, c), (c, b), (d, d), (e, e), (d, e), (e, d), (f, f), (g, g), (f, g), (g, f)} Diskret Matematikk tirsdag 17. november 2015 Kombinasjoner av relasjoner En relasjon R på A er en delmengde av AxA. La R og S være to relasjoner på A. Da vil også R ∪ S, R ∩ S, R– S, S – R og R ⨁ S være relasjoner på A. La MR og MS være matrisene til henholdsvis R og S. Da har vi at MR∩S = MR ∧ MS MR∪S = MR ∨ MS Sammensetningen av to relasjoner La R og S være to relasjoner på A. Sammensetningen av R og S betegnes som S∘R = {(a, c) | a ∈ A, c ∈ A slik at det finnes en b ∈ A der (a, b) ∈ R og (b, c) ∈ R} La MR og MS være matrisene til henholdsvis R og S. Da gjelder M S∘R = MR ⊙ MS Diskret Matematikk tirsdag 17. november 2015 Eksempel La A = {1, 2, 3}. Relasjonene R og S på A er definert som R = {(1, 1), (1, 3), (2, 2), (3, 1)} S = {(1, 2), (2, 1), (2, 3), (3, 3)} S∘R = {(1, 2), (1, 3), (2, 1), (2, 3), ( 3, 2)} En vei (eng. path) i en relasjonsgraf Eksempel La A = {a, b, c, d, e } og relasjonen R på A gitt ved R = {(a, b), (a, d), (b, a), (b, c), (b, e), (c, d), (d, e)} Diskret Matematikk tirsdag 17. november 2015 Det går en vei fra et punkt til et annet punkt hvis det er mulig å gå fra det første til det andre punktet ved å følge kantene I pilens retning. Veien består av endepunktene (start/slutt) og de punktene vi passerer. Veiens lengde er antall kanter. Spørsmål 1 Hvor mange veier finnes det fra a til e? 1) a, b, e 2) a, d, e 3) a, b, a, d, e osv. Spørsmål 2 Hvilke par (x, y) er det som har en vei fra x til y med lengde 2? 1) (a, a) 2) (a, c) 3) (a, e) 4) (b, b) 5) (b, d) 6) (c, e) Vi kan også finne dette ved hjelp av et matriseprodukt: Vi finner at Diskret Matematikk tirsdag 17. november 2015 Det går en vei fra x til y hvis det står 1 på plassen til (x, y) i matrisen. Generell regel: La 𝑀𝑅 [𝑛] = 𝑀𝑅 ⊙ 𝑀𝑅 ⊙ 𝑀𝑅 ⊙ 𝑀𝑅 ⊙ 𝑀𝑅 Da vil det finnes en vei med lengde n fra x til y hvis det står 1 på plassen til (x, y) i matrisen 𝑀𝑅 [𝑛] .