离散数学课件.ppt
《离散数学课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《离散数学课件.ppt(64页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、关于离散数学05.04.2023离散数学1现在学习的是第1页,共64页05.04.2023离散数学23.1 基本概念定义定义3.1.1:设A,B是两个集合,是A到B的二元关系,若对A中每个每个元素a,有唯一唯一的 bB,使得,则称为A到B的映射,记为::AB 或 所谓从A到B的映射就是A中的每个人都向B中的人射了一箭,并且都射中了B中的一个人。既没有人偷懒不射,也没有人一箭双雕。这时,B中的人,有的可能身中数箭,有的可能一箭未中。当然也可能刚好每人中了一箭。现在学习的是第2页,共64页05.04.2023离散数学3几个概念映象:映象:若,则称b为a的映象。(被射中的人)象源:象源:若,则a为b
2、的象源,记为(a)=b。(射箭的人)映象集:映象集:(A)=bB|存在aA,使(a)=b 称为A的映象集。(全体被射中的人的集合。)显然,(A)B。变换:变换:A到A的映射称为变换。(窝里斗)现在学习的是第3页,共64页05.04.2023离散数学4下列关系是否构成映射?R1abcef gAB嗨!R1可不是映射喔。有人偷懒了。R2abcefgAB嗨!R2也不是映射喔。有人一箭双雕。R3abcefgAB啊哈!R3才是一个映射呢。现在学习的是第4页,共64页05.04.2023离散数学5满射、单射、双射定义定义3.1.2:若是A到B的映射,且对bB,aA,使得(a)=b,则称是A到B上上的映射,简
3、称满射满射。此时每个bB 必是A 中至少一个元素a 的映象,且(A)=B。糟糕!全被射中了。定义定义3.1.3:设是A到B的映射,若对a,bA,ab,均有(a)(b),则称为A到B的单射单射或入射。此时|(A)|=|A|,B中每个元素最多是A中一个元素的映象。还好,只中了一箭。定义定义3.1.4:设是A到B的映射,若既是满射又是单射,则为A到B的双双射射或11映射映射。哼!你能射我,我也能射你。现在学习的是第5页,共64页05.04.2023离散数学6满射、单射和双射的例子设:N N,N 是自然数集,(n)=2n,nN。则是单射,但不是满射。设:0,0,1,()=sin(),0,。则是满射,但
4、不是单射。设:N E,N 是自然数集合,E是自然数中的所有偶数的集合,(n)=2n,n N。则是单射且是满射,所以是双射。现在学习的是第6页,共64页05.04.2023离散数学7判断下列映射是否单射,满射和双射。1、设:N N,N 是自然数集,(n)=2n,nN。(是变换)解:取b=2n+1,bN,由,由的定义知:(n)b,n,bN。不是满射。任取i,jN,且,且ij。若若(i)=(j),即2i=2j,则i=j,此与ij矛盾。(i)(j)。故是单射。综上所述:是单射但不是满射。现在学习的是第7页,共64页05.04.2023离散数学82、:RR RR,R为实数集。(x,y)=解:(单射性)任
5、取(x,y),(u,v),假设(x,y)(u,v),若(x,y)=(u,v),即=则:x+y=u+v 得:x=u x-y=u-v y=v 从而(x,y)=(u,v),与假设矛盾.故是单射.(满射性)对任意RR,令:(x,y)=,即:x+y=u 解得:x=(u+v)/2 x-y=v y=(u-v)/2 显然(u+v)/2,(u-v)/2)RR,且满足(u+v)/2,(u-v)/2)=,故是满射.总之,是双射.现在学习的是第8页,共64页05.04.2023离散数学93、:NNN,N是自然数集(0N),()=|x2-y2|解:取,NN ()=|1212|=0 ()=|2222|=0 故不是单射.又
6、取2N,因不存在自然数x,yN 满足:|x2y2|=2 故不是满射.既不是单射也不是满射.现在学习的是第9页,共64页05.04.2023离散数学10等势有限集合间的单射即满射定理定理3.1.1 设A,B是两个有限集,且|A|=|B|.于是,:AB是单射当且仅当是满射。证明:证明:(必要性)设是单射,则|A|=|(A)|,因为|A|=|B|,所以|(A)|=|B|,又因(A)B且B有限,所以(A)=B,从而是满射。(充分性)设是满射,则(A)=B,于是,|A|=|B|=|(A)|,即|A|=|(A)|。又因A有限,所以是单射。现在学习的是第10页,共64页05.04.2023离散数学113.2
7、 映射的运算逆映射的概念逆映射的概念定义定义3.2.1 设:AB,定义关系RBA为:R=|yB,xA,且(x)=y;如果R是B到A的映射,则称R为的逆映射。记为 1。例如:设:N E,N 是自然数集合,E是自然数中所有偶数的集合,(n)=2n,nN。则的逆映射-1为:-1:E N,-1(m)=m/2,mE。现在学习的是第11页,共64页05.04.2023离散数学12双射才有逆映射双射才有逆映射证明:必要性:证明:必要性:设-1存在,-1:BA。若不是满射,则yB,使得y不是A中任何元素的映象,即y没有象源。若不是单射,则 x1,x2A,x1x2且 (x1)=(x2)=y,则y的象源不唯一。不
8、论哪种情况,都说明的逆关系不是B到A的映射,此与假设矛盾。故是双射。充分性:充分性:设是双射,考虑的逆关系,易知,对于B中的每个元素y,都对应着A中唯一的一个在下以y为映象的元素x,因此,的逆关系是B到A的映射。定理定理3.2.1 设是A到B的映射,于是,存在逆映射当且仅当是双射。现在学习的是第12页,共64页05.04.2023离散数学13双射的逆也是双射显然,若是A到B的双射,则其逆映射 1也是B到A的双射,并且对任意的xA,均有:1(x)=x.现在学习的是第13页,共64页05.04.2023离散数学14复合映射定义定义3.2.2:设是A到B的映射,是B到C的映射,对任意xA,定义()(
9、x)=(x),易知,是A到C的映射,称此映射为映射与映射的乘积乘积或复合映射复合映射。说明:说明:(1)是映射时,不一定不一定是映射;(2)假如 和 都是映射,不一定有 =,即映射的乘法不满足不满足交换律;(3)映射的乘法满足满足结合律。?现在学习的是第14页,共64页05.04.2023离散数学15 复合映射交换后不一定是映射12345678ACB因此,上例中 是映射,不是映射。(1)=(4)=7;(2)=(4)=7;(3)=(5)=8.而 (x)都不存在,其中,x B.令是A到B的映射,是B到C的映射,现在学习的是第15页,共64页05.04.2023离散数学16映射的乘法不满足交换律假如
10、 和 都是映射,如下所示:ABCxyzabxy (x)=(a)=x;(y)=(b)=y;(z)=(b)=y;(a)=(x)=a;(b)=(y)=b;所以,即映射的乘法不满足交换律。现在学习的是第16页,共64页05.04.2023离散数学17映射的乘法满足结合律映射的乘法满足结合律定理定理3.2.2 设是A到B的映射,是B到C的映射,是C到D的映射,于是 ()=()(式3.1)证明:对任意xA,有 ()(x)=()(x)=(x)()(x)=()(x)=(x)因此,(式3.1)成立。即映射的乘法满足结合律。现在学习的是第17页,共64页05.04.2023离散数学18双射两次求逆后不变双射两次求
11、逆后不变定理定理3.2.3 设是A到B的双射,则 (1)1=证明:证明:因为是双射,所以 1 是B到A的双射,从而(1)1是A到B的双射。对任意xA,设(x)=y,则 1(y)=x,由于 1也是双射,所以(1)1(x)=y,故(1)1=。现在学习的是第18页,共64页05.04.2023离散数学19复合双射的逆复合双射的逆先让我们来回忆一下复合关系的逆(定理2.2.3):(RS)-1=S-1R-1。定理定理3.2.4 设是A到B的双射,是B到C的双射,于是 ()1=1 1 (式3.2)证明:证明:由假设不难知道,()1 和 1 1均是C到A的双射。对任意zC,因为 1也是双射,所以有唯一的yB
12、,使 1(z)=y.又因为 1也是双射,所以对y有唯一的xA,使 1(y)=x.于是,1 1(z)=1(1(z)=1(y)=x 又因()(x)=(x)=(y)=z,且 也是双射,所以()1(z)=x.从而对任意zC,有()1(z)=1 1(z)。因此,(式3.2)成立。注意:要使 为双射,不必要求和均是双射,只 须是单射,是满射即可,但要(3.2)成立,则和 必须为双射。现在学习的是第19页,共64页05.04.2023离散数学20第四章 可数集与不可数集 对于两个有限集,要比较这两个集合中元素的多少,只需分别数出它们的元素个数,再加以比较即可。但对于无限集,采用这种数数和比较元素个数的方法则
13、行不通。本章将利用“映射”的概念建立集合间的等势关系,并拓广集合中元素个数的概念,引进集合的基数的概念,最后讨论可数集与不可数集。现在学习的是第20页,共64页05.04.2023离散数学214.1 等 势 如何比较两个集合中元素的多少呢?引入等势的概念。定义定义4.1.1 设A和B是集合,若存在A到B的双射,则称A与B等势,记为A B。(可形象理解为A与B的元素一样多。)“”是一个等价关系。例例1 自然数集N与偶自然数集E是等势的,其中定义N到E的双射为:(n)=2n nN.现在学习的是第21页,共64页05.04.2023离散数学22证明“”是一个等价关系证明:设S=X|任意两个元素之间存
14、在双射,X是集合,是S上的二元关系:=|A,BS,存在双射:AB 1)对每个AS,存在恒等映射I:AA,I是双射,于是AA,故是自反的。2)对任意A,BS,若AB,则存在双射:AB,显然双射-1:BA存在,于是BA,故是对称的。3)对任意A,B,CS,若AB,BC,则存在双射:AB和:BC,而(A)=(A)=(B)=C,即双射:AC存在,于是AC,故是传递的。综上所述,是等价关系。现在学习的是第22页,共64页05.04.2023离散数学23有限与无限定义定义4.1.2:设Nn=0,1,n 1,n1,若集合A与Nn等势,则称A为有限集;否则称A为无限集。现在学习的是第23页,共64页05.04
15、.2023离散数学24无限多的自然数无限多的自然数 定理定理4.1.1 自然数集合N是无限集。证明:设nN,n 1,令是从Nn到N的映射,Nn=0,1,n1,下证不是双射。令k=1+max(0),(1),(n1),于是kN,但对任意xNn,均有(x)k,因此,不是满射,更不是双射。由定义4.1.2知,N为无限集。啊哈!这下我们知道有无限多个自然数了!现在学习的是第24页,共64页05.04.2023离散数学25抽屉原理(鸽巢原理)我们知道,若A,B均为有限集,且A与B之间存在双射,则A和B的元素个数相等,即AB。但是:定理定理4.1.2 任何有限集均不能和其真子集等势。此定理也称为抽屉原则:若
16、将n+1个物体放入n个抽屉中,则至少有一个抽屉中放了两个或两个以上的物体。抽屉原则对无限集并不总是成立,即无限集能够与其真子集等势。这是无限集合的一个非常重要的性质。我们已经看到自然数集等势于它的真子集偶数集合。下面我们再看几个例子。现在学习的是第25页,共64页05.04.2023离散数学26正实数和全体实数一样多例例2:令R和R+分别为实数集合和正实数集合,即R+=xR|x 0,显然,R+R,即R+是R的真子集。但是RR+证明:定义映射 f 如下:f(x)=ex ,xR 于是,对任意的xR,存在唯一的yR+,使 y=ex=f(x);另一方面,对任意的yR+,存在唯一的 x=lnyR,使 f
17、(x)=ex=elny=y,这说明 f 是R到R+的一个双射。因此,RR+。现在学习的是第26页,共64页05.04.2023离散数学27例3:A=0,1),B=0,1,A,BR.显然 A B.构造一A到B的双射,说明AB.解:令 A1=0,1/2,1/3,1/n,.作f:AB为:任取x1,x2A,x1x2,显然,f(x1)f(x2),且对 任意yB:若y=0,则取x=0,有f(0)=0若y=1,则取x=1/2A1,于是f(1/2)=1/(2-1)=y若y=1/n,取x=1/(n+1)A1,故f(1/(n+1)=1/n=y若yBA1,则取x=y,于是f(x)=x=y 综上所述f是A到B的双射,
18、于是AB.f(0)=0 f(1/n)=1/(n-1)(n1,1/nA1,nN)f(x)=x (x0,1)A1)现在学习的是第27页,共64页05.04.2023离散数学284.2 集合的基数几个记号:同有限集合中元素的个数的记法一样,集合A的基数用|A|表示。每个有限集合都恰与某个集合Nn=0,1,n1等势,其中n 0,N0=。如果A Nn,则A中有n个元素,即|A|=n;若A为无限集,则用一个特殊的符号i(读作阿列夫i,i是一个正整数)来表示它的基数。例如,对于自然数集合N,令|N|=0(读作“阿列夫零”)。现在学习的是第28页,共64页05.04.2023离散数学29如何比较集合的大小(1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 离散数学 课件
限制150内