Глава 1

Множества и отношения

[27/100%]
Показать
LaTeX
Задача 1

Найти все подмножества следующих множеств: ∅,{∅},{1,2,3}\varnothing ,\left\{ \varnothing \right\} ,\left\{ 1,2,3\right\}, {a,{1,2},∅}\left\{ a, \left\{ 1,2\right\} , \varnothing \right\}.

?
Задача 2

Пусть A={0,1},B={a,b,c}A=\left\{ 0,1\right\} , B=\left\{ a, b, c\right\}. Найти множества A×BA \times B и B×AB \times A.

?
Задача 3

Доказать следующие включения:

?
(а)

A∩B⊆A⊆A∪BA \cap B \subseteq A \subseteq A \cup B;

(б)

A\B⊆AA \backslash B \subseteq A.

Задача 4

Доказать следующие тождества для любых множеств A,B,CA, B, C :

?
(а)

A∪A=A∩A=AA \cup A=A \cap A=A;

(б)

A∩(B∪C)=(A∩B)∪(A∩C)A \cap (B \cup C)=(A \cap B) \cup (A \cap C);

(в)

(A∪B)∩A=(A∩B)∪A=A(A \cup B) \cap A=(A \cap B) \cup A=A;

(г)

A\(B∪C)=(A\B)∩(A\C)A \backslash (B \cup C)=(A \backslash B) \cap (A \backslash C);

(д)

A\(B∩C)=(A\B)∪(A\C)A \backslash (B \cap C)=(A \backslash B) \cup (A \backslash C);

(е)

(A\B)∩C=(A∩C)\B(A \backslash B) \cap C=(A \cap C) \backslash B;

(ж)

A\(B\C)=(A\B)∪(A∩C)A \backslash (B \backslash C)=(A \backslash B) \cup (A \cap C);

(з)

(A\B)\C=A\(B∪C)(A \backslash B) \backslash C=A \backslash (B \cup C);

(и)

A−B=(A∪B)\(A∩B)A-B=(A \cup B) \backslash (A \cap B);

(к)

A∪∅=∅∪A=AA \cup \varnothing =\varnothing \cup A=A;

(л)

A∩∅=∅∩A=∅A \cap \varnothing =\varnothing \cap A=\varnothing;

(м)

A−∅=∅−A=AA-\varnothing =\varnothing -A=A;

(н)

A−A=∅A-A=\varnothing.

Задача 5

Доказать, что

?
(а)

A×(B∪C)=(A×B)∪(A×C)A \times (B \cup C)=(A \times B) \cup (A \times C);

(б)

A×(B∩C)=(A×B)∩(A×C)A \times (B \cap C)=(A \times B) \cap (A \times C);

(в)

A×(B\C)=(A×B)\(A×C)A \times (B \backslash C)=(A \times B) \backslash (A \times C);

(г)

если A⊆BA \subseteq B и C⊆DC \subseteq D, то (A×C)=(A×D)∩(B×C)(A \times C)=(A \times D) \cap (B \times C).

Задача 6

Доказать, что включение A⊆BA \subseteq B выполнено тогда и только тогда, когда выполнено P(A)⊆P(B)\mathrm{P}(A) \subseteq \mathrm{P}(B).

?
Задача 7

Для каждого из следующих отношений найти dom⁡R,rng⁡R,R−1\operatorname {dom} R, \operatorname {rng} R, R^{-1}, R∘R,R∘R−1R \circ R, R \circ R^{-1} :

?
(а)

R={(x,y):x,y∈ω и x делит y},xR=\left\{ (x, y): x, y \in \omega \text{ и }x\text{ делит }y\right\} , x делит yy, если существует такое zz, что xz=yx z=y;

(б)

R={(x,y):x,y∈ω и x+y⩽10}R=\left\{ (x, y): x, y \in \omega \text{ и }x+y \leqslant 10\right\};

(в)

R={(x,y):x,y∈ω и y=3x+1}R=\left\{ (x, y): x, y \in \omega \text{ и }y=3 x+1\right\};

(г)

R={(x,x2):x∈ω и x⩽10}R=\left\{ \left(x, x^{2}\right): x \in \omega \text{ и } x \leqslant 10\right\};

(д)

R={(a,b),(b,c),(b,d),(c,d),(d,b)}R=\left\{ (a, b),(b, c),(b, d),(c, d),(d, b)\right\}.

Задача 8

Пусть множество S={(i,j):1⩽i,j⩽8}S=\left\{ (i, j): 1 \leqslant i, j \leqslant 8\right\} задаёт клетки шахматной доски. Описать следующие бинарные отношения на SS :

?
(а)

L={(a,b) : ладья за один ход может перейти с клетки a на клетку b}L=\left\{ (a, b)\text{ : ладья за один ход может перейти с клетки }a\text{ на клетку }b\right\};

(б)

K={(a,b) : конь за один ход может перейти с клетки a на клетку b}K=\left\{ (a, b)\text{ : конь за один ход может перейти с клетки }a\text{ на клетку }b\right\}.

Будут ли эти отношения эквивалентностями? Описать отношение L∘LL \circ L.

Задача 9

Пусть П — множество всех прямых на евклидовой плоскости. Определить, будут ли следующие отношения на П отношениями эквивалентности:

?
(а)

параллельность прямых (будем считать, что прямая параллельна себе самой);

(б)

перпендикулярность прямых.

Задача 10

Пусть П — множество многоугольников на плоскости. Будут ли следующие отношения отношениями эквивалентности на П:

?
(а)

xx и yy возможно совместить;

(б)

xx и yy подобны; щадь;

(в)

xx и yy имеют одинаковый угол;

(г)

xx и yy пересекаются;

(д)

xx и yy имеют одинаковую пло-

(е)

xx и yy имеют общую вершину;

(ж)

xx и yy равносоставлены.

Задача 11

Пусть WW — множество слов алфавита Σ\Sigma. Будут ли следующие отношения отношениями эквивалентности на WW :

?
(а)

xx и yy состоят из одних и тех же

(б)

xx и yy состоят из одних и тех же позиции; символов с учётом количества;

(в)

xyx y имеет чётную длину; букву;

(г)

xx и yy имеют одинаковую длину;

(д)

xx и yy имеют одинаковую длину и символов без учёта количества; отличаются не более чем в одной

(е)

xx и yy имеют хотя бы одну общую

(ж)

xx и yy начинаются одной и той же буквой.

Задача 12

Пусть Σ={a1,…,am}\Sigma =\left\{ a_{1}, \ldots , a_{m}\right\} — произвольный конечный алфавит, то есть множество символов. Обозначим через Σn\Sigma^{n} множество слов длины nn в алфавите Σ\Sigma (это обозначение согласовано с тем же обозначением декартовой степени Σ\Sigma, так как степень Σn\Sigma^{n} состоит из всех последовательностей элементов Σ\Sigma длины nn).

?
(а)

Определим следующее отношение R1R_{1} на словах из Σn\Sigma^{n}. Пусть v=ai1ai2…ain,w=aj1aj2…ajnv=a_{i_{1}} a_{i_{2}} \ldots a_{i_{n}}, w=a_{j_{1}} a_{j_{2}} \ldots a_{j_{n}}. Тогда (v,w)∈R1(v, w) \in R_{1} тогда и только тогда, когда ik⩽jki_{k} \leqslant j_{k} для всех kk от 1 до nn и ik<jki_{k}<j_{k} для некоторого такого kk, то есть номер каждой буквы слова vv не больше номера той же буквы в слове ww и хотя бы у одной из букв он меньше. Определить, является ли это отношение R1R_{1} отношением частичного (линейного) порядка.

(б)

Определим следующее отношение R2R_{2} на словах из Σ∗\Sigma^{*}. Пусть v=ai1ai2…ain,w=aj1aj2…ajrv=a_{i_{1}} a_{i_{2}} \ldots a_{i_{n}}, w=a_{j_{1}} a_{j_{2}} \ldots a_{j_{r}}. Тогда (v,w)∈R2(v, w) \in R_{2} тогда и только тогда, когда существует такое kk в интервале от 1 до nn, что il=jli_{l}=j_{l} при l<kl<k и ik<jki_{k}<j_{k} или n<rn<r и первые nn символов ww совпадают со словом vv. Определить, является ли это отношение R2R_{2} отношением частичного (линейного) порядка.

Замечание 3 (Упорядочение наборов). Определённое в пункте (а) отношение R1R_{1} называется отношением покоординатного порядка, а отношение R2R_{2} из пункта (б) — отношением лексикографического порядка. В соответствии с лексикографическим порядком упорядочены, например, слова в словарях и энциклопедиях.

Задача 13

Доказать, что в условиях задачи 12 на противоположной странице на множестве Σk\Sigma^{k} лексикографический порядок расширяет покоординатный, то есть из R1⊆R2R_{1} \subseteq R_{2}.

?
Задача 14

Доказать, что если X⊆YX \subseteq Y — конечные подмножества ω\omega, то ρ(X)⩽ρ(Y)\rho (X) \leqslant \rho (Y), где функция ρ\rho — из примера 2 на стр. 31. Продемонстрировать, что обратное неверно.

?
Задача 15

Доказать, что функция ff на множестве AA является частичным порядком на AA в том и только том случае, когда f(f(x))=f(x)f(f(x))=f(x) для всех x∈Ax \in A.

?
Задача 16

Доказать, что если множества AA и BB конечны, то для мощностей выполнены следующие равенства

?
(а)

∣A×B∣=∣A∣⋅∣B∣\left|A \times B\right|=\left|A\right| \cdot \left|B\right|;

(б)

∣A∪B∣=∣A∣+∣B∣−∣A∩B∣|A \cup B|=|A|+|B|-|A \cap B|;

(в)

∣{0,1}n∣=2n\left|\left\{ 0,1\right\}^{n}\right|=2^{n};

(г)

∣P(A)∣=2∣A∣\left|\mathrm{P}(A)\right|=2^{\left|A\right|}.

Задача 17

Доказать счётность множества пар ω2\omega^{2}.

?
Задача 18

Доказать счётность множества упорядоченных nn-ок ωn\omega^{n}.

?
Задача 19

Доказать, что объединение счётного числа счётных множеств снова будет счётным.

?
Задача 20

Доказать счётность множества рациональных чисел Q\mathbb {Q}.

?
Задача 21

Доказать счётность множества многочленов nn-й степени с целыми коэффициентами для фиксированного nn.

?
Задача 22

Доказать счётность множества всех многочленов с целыми коэффициентами.

?
Задача 23

Доказать счётность множества алгебраических чисел.

?
Задача 24

С помощью теоремы Кантора-Бернштейна доказать, что множество SS последовательностей действительных чисел (ai)i∈ω,ai∈R\left(a_{i}\right)_{i \in \omega }, a_{i} \in \mathbb {R}, равномощно R\mathbb {R}.

?
Задача 25

Доказать, что всякий язык в конечном алфавите счётен.

?
Задача 26

Найти L1∩L2,L2\L1,Lˉ1L_{1} \cap L_{2}, L_{2} \backslash L_{1}, \bar{L}_{1} для следующих языков в алфавите Σ={a,b}\Sigma =\left\{ a, b\right\} :

L1={w∈Σ∗: количества букв a и b в w совпадают }L2={aibj:i,j∈ω}. \begin{align} & L_{1}=\left\{ w \in \Sigma ^{*}: \text{ количества букв } a \text{ и } b \text{ в } w \text{ совпадают }\right\} \\ & L_{2}=\left\{ a^{i} b^{j}: i, j \in \omega \right\} . \end{align}
?
Задача 27

Найти все префиксы и суффиксы слова a2b2ca^{2} b^{2} c.

?