Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Свойства операций над отношениями
Приведем здесь список основных свойств операций над отношениями и докажем некоторые из них. 1) Ç Rk –1=( Ç Rk) –1.k k 2) È Rk –1=(È Rk ) –1. k k 3) (R1 o R2) –1 = R1 –1o R2 –1. 4) (R1 o R2 ) o R3 = R1 o (R2 o R3). 5) (R1 È R2 ) o R3 = (R1 o R3 ) È ( R2 o R3 ). 6) (R1 Ç R2 ) o R3 Í (R1 o R3 ) Ç ( R2 o R3 ). 7) а) если R1 Í R2 то R1 o R3 Í R2 o R3; б) если R1 Í R2 то R3 o R1 Í R3 o R2; в) если R1 Í R2 то R1–1Í R2–1. 8) a) (R1È R2)d = R1d Ç R2d; б) (R1Ç R2)d = R1d È R2d; в) (R d)d = R. ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Свойство 2. Пусть пара (x, y)Î (È Rk ) –1. Тогда (y, x)Î È Rk. Это означает, что найдется отношение Rj, что (y, x)Î Rj. Отсюда, по определению обратного отношения, (x, y)Î Rj–1, а значит, (x, y)Î È Rk–1и (È Rk)–1 Í È Rk–1. Докажем обратное включение. Пусть (x, y)Î Rk–1 Это означает, что найдется такое множество Rj, что (x, y)Î Rj–1. Следовательно, (y, x)Î Rj и (y, x)Î È Rk, поэтому (x, y)Î (È Rk )–1. Значит, È Rk–1 Í (È Rk)–1. Одновременное выполнение обоих включений означает равенство множеств, что и требовалось доказать. Свойство 6. Пусть (x, y)Î (R1 Ç R2) o R3. По определению композиции это означает, что найдется такое zÎ A, что (x, z)Î (R1 Ç R2) и (z, y)Î R3. Первое включение возможно только тогда, когда одновременно выполнено (x, z)Î R1 и (x, z)Î R2. Это, в свою очередь означает, с учетом (z, y)Î R3, что одновременно (x, y)Î R1 o R3 и (x, y)Î R2 o R3, а, следовательно, (x, y)Î (R1 o R3) Ç (R2 o R3), что и доказывает требуемое соотношение. ЗАМЕЧАНИЕ. Покажем, почему неверно обратное включение. Пусть (x, y)Î (R1 o R3) Ç (R2 o R3), тогда (x, y) Î (R1 o R3) и (x, y) Î (R2 o R3). Первое включение означает существование такого элемента z1 из A, что (x, z1)Î R1 и (z1, y)Î R3, второе – существование такого z2Î A, что (x, z2)Î R2 и (z2, y)Î R3, причем необязательно z1 = z2. Значит, не всегда существует такой элемент z, что (x, z)Î R1 и (x, z)Î R2, а, следовательно, не будет принадлежности пересечению R1 и R2. Свойство 7в. Возьмём любую пару (x, y)Î R1, что эквивалентно (y, х)Î Î R1–1. Пусть теперь R1 Í R2, т.е. из (x, y)Î R1 следует (x, y)Î R2. Перейдя к обратным отношениям, получим, что из (y, х)Î R1–1 вытекает (y, х)Î R2–1, что и означает требуемое свойство. Свойство 8а. Докажем предварительно равенство = Пусть (x, y)Î . Следовательно, (y, x) Î `R или, другими словами, (y, x)Ï R. Отсюда, ( x, y)Ï R–1, что означает и (x, y)Î . Если же (x, y) Î , то (x, y)Ï R–1 и (y, x)Ï R. Тогда (y, x)Î `R или, что то же самое, (x, y)Î (`R )–1. Для доказательства свойства 8а воспользуемся доказанным равенством и известными свойствами операций над множествами и отношениями. _________ _____ (R1 È R2)d = ( R1 È R2)–1 = R1 È R2-= = (`R1 Ç `R2) =`R1–1 Ç R2–1 = R1d Ç R2d. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ 1. Доказать, что: а) dR= Æ Û R=Æ Û rR = Æ; б) dR–1 =rR, rR–1=dR; в) dR°R= R1-1 (rRÇ dR); г*) rR°R= R2(rRÇ dR); д) если B¹ Æ то dA´ B =A; е) если A¹ Æ то rA´ B=B. 2. Доказать, что R ¹ Rd для произвольного отношения R. 3*. Доказать тождество`R = (R–1 \ R) È (`R Ç Rd). 4. Доказать включение R–1Í RÈ (`R Ç R–1). 5. Какими свойствами должно обладать бинарное отношение R, чтобы выполнялось равенство R–1 =`R? 6. Доказать, что для любых бинарных отношений: а) Qo(È Ri ) = È (Q o Ri); I Î I i Î I б) Q o ( Ç Ri) Í Ç (Q oRi); i Î I i Î I
в) (È Ri)oQ = È (Ri oQ); i Î I i Î I г) (Ç Ri)oQ Í Ç ( RioQ). i Î I i Î I 7. Доказать, что для того, чтобы отношение R Í A´ B было вза- имно однозначным соответствием между A и B, необходимо и достаточно, чтобы R o R–1 = R–1 o R = D. Примеры решения Задача 1(г). Пусть yÎ rR°R, т.е. существует такой xÎ A, что (x, y) Î Î R1oR2. Следовательно, найдется такое z, что (x, z)Î R1 и (z, y)Î Î R2, но это по определению означает, что z Î rRи zÎ dR. Поэтому, zÎ rRÇ dR. Так как (z, y)Î R2, то по определению образа множества относительно отношения, получим yÎ R2(rRÇ dR). R1d. 2) Докажем обратное. Пусть yÎ R2(rRÇ dR), тогда существует элемент xÎ rR°R, что (x, y) Î R2. Следовательно, xÎ rRи xÎ dRxÎ rR следует, что найдется такой z, что (z, x) Î R1, а так как (x, y)Î R2, то (z, y) Î R1oR2. Поэтому yÎ rR°R. Задача 3. 1) Покажем, что`R Í (R-1 \R) È (`R Ç Rd). Пусть (x, y)Î `R, т.е. (x, y)Ï R. Для пары (y, x) возможны два случая: либо (y, x)Î R, либо (y, x)Ï R. В первом случае получаем, что (x, y)Î R–1 и (x, y)Ï R, следовательно, (x, y)Î R–1 \ R. Для второго случая спра-ведливо (x, y)Î `R и (x, y)Î R–1 = Rd, что означает (x, y)Î `RÇ Rd. В обоих случаях получим, что (x, y)Î (R-1 \ R) È (`R Ç Rd). 2). Докажем теперь обратное включение. Так как (x, y)Î Î ( R–1 \ R) È (`R Ç Rd), то (x, y)Î R–1 \R или (x, y)Î `R Ç Rd. В обоих случаях то, что (x, y)`R следует непосредственно из определений пересечения или разности множеств. 3. Способы задания бинарных отношений Традиционное задание отношений аналогично тому, как это принято в теории множеств, что не всегда удобно. Поэтому, наряду с таким заданием, применяются другие способы. 1. Матричное задание. Оно используется когда А – конечное или счетное множество А = {xi}. Тогда отношение R можно задавать с помощью матрицы R = {xij}, элементы которой определяются соотношением: 2. Задание с помощью графа. Для конечного или счетного множества А отношение можно задавать с помощью графа Г(R), который является геометрическим образом бинарного отношения. Граф – фигура состоящая из точек (вершин) соединенных линиями (дугами). Вершины графа соответствуют элементам множества А, то есть xi, а наличие дуги, соединяющей вершины xi и xj, означает, что (xi, xj)Î R. Чтобы подчеркнуть упорядоченность пары на дуге ставится стрелка. Основные свойства графа. 1) Г(R–1) получается из Г(R) изменением направления стрелок на противоположные. 2) Граф Г(А´ А) содержит дуги, соединяющие любую пару (xi, xj). Такой граф назывыется полным. 3. Задание верхними и нижними срезами. Этот способ может быть использован для любых множеств и отношений. Пусть на множестве А задано отношение R. Верхний срез GR(x) отношения R в точке x Î А - это множество элементов yÎ А таких, что (y, x)Î R, т.е. GR(x) = { yÎ A | (y, x)Î R }. Если рассматривать R как отношение предпочтения, то GR (x) – это множество элементов, лучших чем х. Нижний срез HR(x) отношения R в точке xÎ А – это множество элементов yÎ А, таких, что (x, y)Î R, т.е. HR(x) = { yÎ A | (x, y)Î R }. Свойства нижних и верхних срезов. Для любого хÎ A и любого отношения RiÍ A´ A выполняя-ются соотношения. 1. а)GRÇ R(x)=GR(x)Ç GR(x); б) HRÇ R(x)=HR(x)Ç HR(x) 2. a) G`R(x) = A \ GR(x); б)H`R(x) = A \ HR(x). 3. a) GR–1(x) = HR(x); б) HR–1(x) = HR(x). 4. GA´ A(x) = HA´ A(x) = A. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ 1. Пусть X = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}. Построить матрицу и граф следующих бинарных отношений: а) R = { (xi, xj) | xi, xjÎ X, xi делится на xj }; б) R = { (xi, xj) | xi, xjÎ X, xi > xj }; в) R = { (xi, xj) | xi, xjÎ X, xi и xj имеют общий делитель}; г) R = { (xi, xj) | xi, xjÎ X, xi × xj £ 15}; д) R = { (xi, xj) | xi, xjÎ X, $ n: xj =xi n }. 2*. Для бинарных отношений R, определенных в задаче 15 п.1 построить множества GR(x) и HR(x). 3. Пусть x=(x1, x2) и R = { (x, y) |, x, yÎ R, r(x, y) £ k}. По- строить верхний и нижний срезы отношения R, если: а) r(x, y) = ; б) r(x, y) = max | xi - yi |; i i в) r(x, y) = å | xi - yi |. i Пример решения Задача 2 для отношения, определенного в задаче 15(г) п.1. GR(x) ={ yÎ R | 2y ³ 3x }= [ 3x/2, +¥ ), HR(x) ={ yÎ R | 2x ³ 3y } = ( - ¥ , 2x/3 ]. Свойства бинарных отношений 1) Рефлексивность. Отношение R называется рефлексивным, если (х, х)Î R для любого хÎ A. Примеры рефлексивных отношений: отношения " ³ ", " £ " на множестве R. 2) Антирефлексивность. Отношение R называется антирефлексивным, если (х, х)Ï R для любого хÎ A. Примеры антирефлексивных отношений: отношения " < ", " > " на множестве R. Если R – антирефлексивное отношение, то xÏ GR(x) и хÏ HR(x) для любого хÎ A. 3) Симметричность. Отношение R называется симметричным, если для любых x, yÎ A из того, что (x, y)Î R следует (y, x)Î R и обратно. Примеры симметричных отношений: отношения " =" и " ¹ ". Если отношение R симметрично, то для любого хÎ A а) GR(x) = HR(x); б) R = R–1. 4) Антисимметричность. Отношение R называется антисимметричным, если для любых x и y из A из одновременного выполнения условий (x, y)Î R и (y, x)Î R следует, что x = y. Пример антисимметричного отношения. Пусть А – множество людей в данной очереди. Отношение R – " не стоять за кем- то в очереди" будет антисимметричным. Пусть х = ВАСЯ, а y = ИВАНОВ. Тот факт, что (x, y)Î R означает, что " ВАСЯ не стоит в очереди за ИВАНОВЫМ", (y, x)Î R – " ИВАНОВ не стоит за ВАСЕЙ". Очевидно, что одновременное выполнение обоих включений может быть, только если ВАСЯ и есть ИВАНОВ, т.е. x = y. Отношение " ³ " также антисимметрично: если x ³ y и y ³ x, то x=y. 5) Асимметричность. Отношение R асимметрично, если R Ç R-1= Æ, т.е. пересечение отношения R с обратным отношением пусто. Эквивалентное определение асимметричности: из двух отношений (x, y)Î R и (y, x)Î R одно не выполняется. Примеры асимметричных отношений: " > ", " < ", " быть начальником". Если R – асимметричное отношение, то из xRy следует y x. Для любого отношения R вводятся понятия симметричной части отношения Rs = R Ç R-1 и асимметричной части отношения Ra = R \ Rs. Если отношение R симметрично, то R= Rs, если отношение R асимметрично, то R = Ra. Примеры. Если R – " ³ ", то R–1 – " < ", Rs – " =", Ra – " > ". 6) Транзитивность. Отношение R транзитивно, если для любыx x, y, zÎ A из того, что (x, y)Î R и (y, z)Î R следует (x, z)Î R. Свойства транзитивного отношения: а) RoR Í R; б) для любого хÎ A из yÎ GR(x) следует, что GR(y) Í GR(x). Нетранзитивным является отношение " ¹ ". Пусть x = 2, y = 3, z = 2, тогда справедливо x ¹ y и y ¹ z, но x = z, т.е. (x, z)Ï R. Отношение R1 называется транзитивным относительно отношения R2, если: а) из (x, y)Î R1 и (y, z)Î R2 следует, что (x, z)Î R1; б) из (x, y)Î R2 и (y, z)Î R1 следует, что (x, z)Î R1. 7) Негатранзитивность. Отношение R называется негатранзитивным, если`R транзитивно. Примеры. Отношения R1 –" > " и R2 –" ¹ " негатранзитивны, так как отношения`R1 – " £ ", `R2 – " =" транзитивны. Возможно одновременное выполнение свойств транзитивности и негатранзитивности. Например, отношение R1 одновременно транзитивно и негатранзитивно, а R2 , как известно, транзитивным не является. 8) Полнота. Отношение R полно, если для любых x, yÎ А либо (x, y)Î R, либо (y, x)Î R, либо оба отношения выполняются одновременно. Свойства полных отношений: а) GR(x) È HR(x) = А для любого хÎ A; б) полное отношение рефлексивно. 9) Слабая полнота. Отношение R называется слабо полным, если для любых х ¹ y из А или (x, y)Î R, или (y, x)Î R. Пример слабо полного отношения. Пусть А – множество предприятий, " неблагополучных" в смысле своего бюджета. Отношение R " быть должным" является слабо полным, так как каждое из этих предприятий или кому-либо должно, или ему кто-то должен, но быть должным самому себе нельэя и (x, x)Ï R. 10) Ацикличность. Бинарное отношение R ациклично, если Rn Ç R–1= Æ для любого nÎ N. Иными словами, если из любой конечной цепочки отношений х1Rx2, x2Rx3,..., xn-1Rxn следует, что x1¹ хn, то отношение R ациклично. 1. Отношение R слабо полно тогда и только тогда, когда Rd антисимметрично. ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Пусть R слабо полно и x ¹ y. Рассмотрим три случая. 1) (x, y)Î R.Тогда, по определению обратного отношения (y, x)Î R-1, а по определению двойственного отношения – (y, x)Ï Rd. 2) (y, x)Î R, тогда (x, y)Î R–1 и, следовательно, (x, y)Ï `R–1 = Rd. 3) (x, y)Î R и одновременно (y, x)Î R. Отсюда, (y, х)Ï Rd и (x, y)Ï Rd. Так как R – слабо полное отношение, то для любых x ¹ y выполняется либо случай а), либо б), либо в). Ни в одном из этих случаев включения (x, y)Î Rd и (y, x)Î Rd не могут выполняться одновременно. Следовательно, отношение Rd антисимметрично. Докажем, что из антисимметричности Rd следует слабая полнота отношения R. Рассмотрим эквивалентное определение антисимметричности. Если x ¹ y, то либо (x, y)Î Rd и (y, x)Ï Rd, либо (x, y)Ï Rd и (y, x)Î Rd, либо (x, y)Ï Rd и (y, x)Ï Rd. В первом случае получим, что (x, y)Î R, во втором – (y, x)Î R, в третьем – (x, y)Î R и (y, x)Î R. Это утверждение означает, что отношение R слабо полно. 2. Отношение R асимметрично тогда и только тогда, когда Rd полно. ДОКАЗАТЕЛЬСТВО. Пусть R – асимметрично. Тогда по определению, R Ç R–1 = Æ. Рассмотрим два случая. 1) (x, y)Î R. Тогда (х, y)Ï R–1, значит, (x, y)Î Rd. 2) (x, y)Ï R. Тогда (x, y)Î `R и (y, x) Î `R–1 = Rd. В любом случае либо (x, y)Î Rd, либо (y, x)Î Rd, а это означает, что Rd – полно. Докажем обратное следствие. Пусть Rd полно. Снова рассмотрим два случая: а) (x, y)Î Rd, тогда (y, x)Ï R; б) (y, x)Î Rd, тогда (x, y)Ï R. Так как Rd полно, то либо случай а), либо случай б) всегда будет иметь место, а отсюда следует невозможность одновременного выполнения yRx и xRy. Это означает, что R асимметрично. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ 1. Доказать, что если отношение R транзитивно, то R–1 также является транзитивным. 2. Доказать, что из асимметричности отношения R следует асимметричность R–1. 3. Доказать, что из антисимметричности отношения R следует антисимметричность R–1. 4. Доказать, что из рефлексивности отношения R следует рефлексивность R –1. 5. Доказать, что для симметричности отношения R необходимо и достаточно, чтобы Rd было симметрично. 6. Отношение R симметрично тогда и только тогда, когда R = R-1. 7. Доказать, что если отношения R1 и R2 рефлексивны, то рефлексивны отношения R1 È R2 , R1 Ç R2, R1–1. 8. Доказать, что если отношения R1 и R2 антирефлексивны, то антирефлексивны и отношения R1 È R2, R1 Ç R2, R1–1. Показать, что композиция R1 o R2 антирефлексивных отношений может не быть антирефлексивной. 9. Доказать, что если отношения R1 и R2 симметричны, то симметричныны отношения R1 È R2, R1 Ç R2, R1–1, R1 o R1–1. 10. Доказать, что если отношения R1 и R2 антисимметричны, то антисимметричны также R1 Ç R2 и R1–1. 11. Пусть отношения R1, R2 – симметричны. Доказать, что для того чтобы R1 o R2 было симметрично необходимо и достаточно, чтобы выполнялось равенство R1 o R2 = R2 o R1. 12. Пусть отношения R1 и R2 антисимметричны. Объединение R1È R2 антисимметрично тогда и только тогда, когда R1Ç R2-1 Í D. 13. Доказать, что если отношение R асимметрично, то R Ç R1 асимметрично для любого отношения R1. 14. Доказать, что объединение R1È R2 асимметричных отношений R1 и R2 асимметрично тогда и только тогда, когда R1Ç R2-1= = Æ. 15. Доказать, что если отношение транзитивно, то его симметричная и асимметричная части тоже транзитивны. 16. Пусть отношения R1, R2 транзитивны и R1 транзитивно относительно R2. Доказать, что тогда R1 È R2 также является транзитивным. 17*. Доказать, что если отношения R1, R2 рефлексивны, то справедливо включение R1È R2 Í R1oR2 . 18. Доказать, что отношение R асимметрично тогда и только тогда, когда R = ( Rd)a. 19. Доказать, что для того чтобы отношение R было полным необходимо и достаточно, чтобы выполнялось тождество Ra= Rd. 20. Доказать, что если отношения R1, R2 рефлексивны, то их композиция тоже рефлексивна. 21*. Доказать, что отношения R È (`R Ç Rd ) = R È (`R )s полны. 22. Доказать, что если отношение R полно, то`R Ì R–1 и R–1 ==`R È (R Ç R–1). 23. Доказать, что если отношение R асимметрично, то R–1 Ì `R и`R = R–1È (`RÇ Rd). 24. Доказать, что композиция полных отношений R1 и R2 является полным отношением. 25*. Отношение Р негатранзитивно тогда и только тогда, когда xPy Þ " zÎ А, xPz или zPy. 26. Доказать, что если R рефлексивно, то Rd антирефлексивно, если R антирефлексивно, то Rd рефлексивно. 27. Доказать, что полное отношение рефлексивно. 28. Доказать, что асимметричное отношение антирефлексивно. 29*. Доказать, что отношение R негатранзитивно тогда и только тогда, когда Rd транзитивно. 30. Пусть отношение R симметрично, транзитивно и для любого x существует такой y, что (x, y)Î R. Доказать, что оно рефлексивно. 31. Доказать, что ацикличное отношение асимметрично. 32. Доказать, что если отношение антирефлексивно и транзитивно, то оно ациклично. 33. Доказать, что асимметричное и негатранзитивное отношение транзитивно. 34. Доказать, что если отношение антирефлексивно, транзитивно и слабо полно, то оно негатранзитивно. 35. Доказать, что дополнение и двойственное отношение к антисимметричному и рефлексивному отношению R являются слабо полными. 36. Доказать, что любое отношение R симметричное и антисимметричное одновременно, является транзитивным. 37. Доказать, что для того чтобы отношение R было асимметричным необходимо, чтобы Rd и`R были полными. 38. Построить бинарное отношение: а) рефлексивное, симметричное, не транзитивное; б) рефлексивное, антисимметричное, не транзитивное; в) рефлексивное, не симметричное, транзитивное; г) не рефлексивное, антисимметричное, транзитивное; д) симметричное, транзитивное, но не рефлексивное. Примеры решения Задача 17. Пусть (x, y)Î R1È R2, тогда (x, y)Î R1 или (x, y)Î R2. В первом случае из рефлексивности R2 следует (y, y)Î R2 и, следовательно, (x, y)Î R1 o R2. Аналогично для второго случая получим (x, x)Î R1 и (x, y)Î R1 o R2, что и требовалось доказать. Задача 21. Докажем равенство множеств, воспользовавшись свойствами операций над множествами и отношениями. RÈ (`R Ç Rd ) = R È (`R Ç ) = R È (`RÇ (`R )-1) = R È (`R )s. Покажем теперь, что отношение R È (`R )s полно. Для любых x, yÎ A возможен один из трех случаев: 1) (x, y)Î R; 2) (y, x)Î R; 3) (x, y)Ï R и (y, x)Ï R. В первых двух случаях принадлежность (x, y) к рассматриваемому отношению очевидна. Рассмотрим третий случай. Так как (x, y)Î `R и (x, y)Î -1, то (x, y)Î (`R )s. Следовательно, рассматриваемое отношение полно. Задача 25. Докажем необходимость. Предположим противное, что отношение Р негатранзитивно, но xPy и $ z: x`P z и z`P y. (1) Так как Р негатранзитивно, то из (1) следует одновременное выполнение xРy и x y, а этого быть не может, поэтому из негатранзитивности следует xPy Þ " zÎ А, xPz или zPy. (2) Докажем обратное следствие. Предположим противное, т.е. что (2) выполнено, но Р не является негатранзитивным. Последнее означает, что $ x, y, zÎ A: x`Pz, z`Py, но (x, y) Ï `P, т.е. (x, y)Î P. Таким образом, получаем, что xPy выполняется, а xPz и zPy не выполняется, и, значит, (4) неверно, что противоречит предположению. Полученное противоречие доказывает требуемое следствие. Задача 29. Пусть отношение R негатранзитивно, т.е. если (x, y)Ï R и (y, z)Ï R, то (x, z)Ï R. Пусть для u, v, w выполнены условия (u, v)Î Rd и (v, w)Î Rd. Тогда, по определению двойственного отношения, (v, u)Ï R и (w, v)Ï R. Так как R негатранзитивно, то (w, u)Ï R, что означает (u, w)Î Rd. Следовательно, Rd транзитивно. Обратное следствие доказывается аналогично. Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-11; Просмотров: 759; Нарушение авторского права страницы