- •Е.Д. Стрельцова, в.С. Стрельцов моделирование дискретных систем Учебно-методическое пособие по дисциплине «Дискретная математика»
- •2. Теория множеств и отношений………………………………….20
- •Введение
- •1. Функции алгебры логики
- •1.1. Основные понятия
- •Пример функции алгебры логики , заданной таблицей
- •1.2. Алгоритм нахождения фиктивных аргументов.
- •1.3. Элементарные функции алгебры логики
- •Функции алгебры логики, зависящие от одного аргумента
- •Вопросы к разделу 1
- •2. Теория множеств и отношений
- •2.1. Множества. Способы задания множеств
- •2.2. Основные операции над множествами
- •2.2.1. Объединение множеств
- •2 .2.2. Пересечение множеств
- •2.2.3. Разность множеств
- •2.2.4. Дополнение множеств
- •2.4. Свойства операций над множествами
- •2.5. Упорядоченные множества
- •2.6. Прямое (декартово) произведение множеств
- •2.7. Степень множеств
- •2.8. Сечение и проекция
- •Декартово произведение
- •2.9. Соответствия
- •2.10. Композиция соответствий.
- •2.11. Отображения
- •2.12. Виды отображений. Функциональное отображение (функция)
- •2.13. Функционалы
- •2.14. Операторы
- •2.15. Линейные операторы
- •Отношение «Читает лекции по…»
- •Отношение «Посещать лекции»
- •2.20. Бинарные отношения
- •2.20.1. Матричный способ задания отношений
- •2.20.2. Задание отношений в виде графа
- •2.20.3. Задание отношений с помощью фактор множества
- •2.21. Свойства бинарных отношений
- •2.22. Отношение эквивалентности
- •2.23. Отношение порядка
- •2.24. Изоморфизм отношений
- •2.26. Операции над бинарными отношениями
- •2.26.1. Объединение отношений
- •2.26.2. Пересечение отношений
- •2.26.3. Разность отношений
- •2.26.4. Включение отношений
- •2.26.5. Переход к обратному отношению
- •2.26.6. Произведение отношений
- •2.26.7. Транзитивное замыкание
- •Вопросы к разделу № 2
- •3. Алгебраические системы
- •3.1. Понятие алгебраической системы
- •3.1. Морфизм алгебраических систем
- •3.3. Автоморфизмы
- •3.4. Виды универсальных алгебр
- •3.4.1. Полугруппы. Моноиды
- •3.4.2. Морфизм групп
- •3.4.3. Свойства морфизма групп
- •3.4.4. Кольцо
- •Вопросы к разделу №3
- •4. Практикум к решению задач Основные обозначения
- •4.1. Операции над множествами
- •Разностью множеств а и в называется множество
- •Симметрической разностью множеств а и в называется множество
- •Пустым множеством называется множество, не имеющее ни одного элемента.
- •Задачи и упражнения
- •На основании (14) можно записать
- •По определению объединения
- •Пусть теперь у (ав) (ас) у (ав) у (ас) (у а у в) (у а у с) у а (у в у с)
- •Задачи для самостоятельного решения
- •4.2. Векторное произведение
- •4.3. Соответствие
- •Свойства отношений
- •Список литературы
- •Моделирование дискретных систем
- •3 46428, Г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132
3.3. Автоморфизмы
Рассмотрим алгебраичскую систему
,
,
,
,
.
Зададим
отображение
,
обладающее свойством согласованности
с операциями
,
и отношениями
,
:
,
,
;
,
,
.
Пример 3.1
Рассмотрим
алгебраическую систему с одной операцией
и одним отношением
,
,
.
Пусть
и
,
т.е. рассматривается двуместная операция
и
бинарное отношение
:
,
.
Допустим, что
представляет собой операци сложения,
а
–
отношение «быть больше». Тогда можно
запмсать:
,
,
.
Зададим
отображение
,
представляющее собой умножение на число
.
Тогда
,
.
Запишем
условия согласованности:
и
для нашего случая.
Имеем
;
.
Теорема 3.1. (Теорема об обратном изоморфизме).
Пусть
и
– однотипные алгебры
,
,
,
.
Допустим, что
–
изоморфизм. Тогда
также изоморфизм.
Доказательство
Если
отображение
является изоморфизмом, то имеет место
согласованность со всеми парами
одноимённых операций
,
.
Является
очевидным, что для любого
из множества
найдётся и притом только один элемент
из
,
являющийся образом элемента
:
,
.
Аналогично будем рассуждать для всех
остальных элементов:
,…,
.
Запишем условие согласованности
отображения
с одноимёнными операциями:
.
Тогда
или
.
Последняя запись подтверждает
согласованность одноимённых операций
с отображением
,
т.е. отображение
является морфизмом. Можно доказать, что
биективно. Последнее предлагается
студентам доказать самостоятельно.
Теорема 3.2. (Теорема о композиции изоморфизмов).
Пусть даны три универсальных алгебры:
, ,
, ,
,
.
Допустим,
что
и
– изоморфизмы. Тогда изоморфизмом
является композиция отображений
.
Доказательство.
Поскольку
отображения
и
изоморфизмы, то они биективны. Тогда у
любого элемента
из
найдётся образ
из
и причём только один. Тогда можно
записать:
,
;
,
:
……………………………………
,
.
Аналогично относительно отображения :
,
;
,
;
…………………………………….
,
.
Если и изоморфизмы, то можно записать условия согласованности с одноимёнными операциями:
.
Но
. Тогда
Последняя
запись означает согласованность
одноимённых операций
и
относительно композиции отображений
.
Свойство биективности отображения
предлагается студентам доказать
самостоятельно.
3.4. Виды универсальных алгебр
3.4.1. Полугруппы. Моноиды
Пусть
дана универсальная алгебра с одной
двуместной операцией:
,
.
Эта алгебра называется полугруппой,
если её операция ассоциативна, т.е.
,
,
выполняется условие
.
В
полугруппе могут присутствовать или
отсутствовать такие элементы, как левая
единица
,
правая единица
и просто единица
:
,
;
,
;
.
Теорема 3.3
Если
полугруппа одновременно имеет и левую
и
правую
единицу,
то эти элементы совпадают и являются
единственной единицей
группы.
Доказательство.
Пусть
полугруппа
,
содержит одновременно левую
и правую
единицы. Выполним над ними операцию
,
имеем:
.
Определение 3.6
Полугруппа, содержащая единицу, называется моноидом.
В
полугруппе могут присутствовать или
отсутствовать такие элементы, как левый
ноль
,
правый ноль
и просто ноль
:
,
;
,
;
.
Теорема 3.3
Если
полугруппа одновременно имеет и левый
и
правый
ноль,
то эти элементы совпадают и являются
единственным нулём
группы.
Доказательство
Пусть
полугруппа
,
содержит одновременно левый
и правый
нули. Выполним над ними операцию
,
имеем:
.
Определение 3.7
Рассмотрим
моноид
,
.
Элемент
называется элементом, обратимым слева,
если найдётся такой элемент
из
,
что выполняется:
.
Элемент
называется левым элементом, обратным
элементу
.
Определение 3.8
Рассмотрим
моноид
,
.
Элемент
называется элементом, обратимым справа,
если найдётся такой элемент
из
,
что выполняется:
.
Элемент
называется правым элементом, обратным
элементу
.
Теорема 3.4
Если элемент моноида , обратим слева и справа, то левый и правый элементы, обратные элементу , совпадают.
Доказательство.
Для доказательства выполним операцию :
,
что
и требовалось доказать. Элемент, обратный
элементу
,
будем обозначать
.
Определение 3.9
Группой называется моноид, в котором каждый элемент обратим.
Определение 3.10
Группа
называется коммутативной или абелевой,
если её операция коммутативна:
,
.
