Matematyka dyskretna
Oznaczenia
Andrzej Szepietowski
W tym rozdziale przedstawimy podstawowe oznacznia.
∀ oznacza kwantyfikator ogólny ”dla każdego”. ∃ oznacza kwantyfikator szczegó lowy
”istnieje”.
1
Sumy i iloczyny
Maj¸ac dany skończony ci¸ag a1, a2,... ak, sum¸e jego elementów zapisujemy jako k
X ai
i=1
Niezbyt formalnie możemy zapisać
k
X ai = a1 + a2 + ··· + ak.
i=1
Na przyk lad
k
X
(k + 1)k
i = 1 + 2 + · · · + k =
2
i=1
(suma ci¸agu arytmetycznego). Podobnie dla każdego x 6= 1 mamy
k
X
xk+1 − 1
xi = 1 + x + x2 + · · · + xk =
x − 1
i=0
(suma ci¸agu geometrycznego). B¸edziemy też używać zapisu typu
X ai = a1 + a2 + a3 + a4 + a5 + a6.
1≤i≤6
W tym przypadku zbiór indeksów określony jest za pomoc¸a warunku pod znakiem sumy.
Warunek określaj¸acy indeksy, po których należy sumować może być bardziej skomplikowany, na przyk lad
X ai = a2 + a4 + a6.
1≤i≤6
i parzyste
1
Stosować b¸edziemy także zapis
X ai
i∈I
oznaczaj¸acy sum¸e tych elementów ai, których indeksy należ¸a do skończonego zbioru indeksów I. Na przyk lad, jeżeli I = {1, 3, 5, 7}, to
X ai = a1 + a3 + a5 + a7.
i∈I
Aby zapisać iloczyn elementów ci¸agu a1, a2,... ak, stosujemy zapis k
Y ai.
i=1
Znów niezbyt formalnie możemy to zapisać jako
k
Y ai = a1 · a2 · ··· · ak.
i=1
2
Zbiory
∅ oznacza zbiór pusty, który nie zawiera żadnych elementów. IN oznacza zbiór liczb naturalnych IN = {0, 1, 2, 3, . . .}
a ∈ A oznacza, że elment a należy do zbioru A, a /
∈ A, że elment a nie należy do zbioru A.
Najprostszy sposób zdefiniowania zbioru polega na wypisaniu jego elementów w nawiasach klamrowych. Na przyk lad zbiór {1, 2, 3} zawiera elementy 1,2,3. Inny sposób definiowania zbioru polega na podaniu w lasności, któr¸a spe lniaj¸a elementy zbioru. Na przyk lad {x | x ∈
IN, 3 < x < 7} oznacza zbiór liczb naturalnych wi¸ekszych od 3 i mniejszych od 7.
|A| oznacza moc zbioru lub inaczej liczb¸e elementów tego zbioru.
|{3, 6, 9}| = 3,
|∅| = 0.
A ∪ B oznacza sum¸e zbiorów, czyli zbiór, który zawiera wszystkie elementy zbioru A i wszystkie elementy zbioru B.
{1, 2, 4} ∪ {1, 4, 6} = {1, 2, 4, 6}.
A ∩ B oznacza iloczyn lub przekrój zbiorów, czyli zbiór, który zawiera te elementy, które należ¸a do obu zbiorów naraz.
{1, 2, 4} ∩ {1, 4, 6} = {1, 4}.
A − B oznacza różnic¸e, czyli zbiór, który zawiera te elementy, które należ¸a do A i nie należ¸a do B.
{1, 2, 4} − {1, 4, 6} = {2}.
2
A ⊕ B oznacza różnic¸e symetryczn¸a, która zawiera elementy należ¸ace tylko do jednego z dwóch zbiorów. A ⊕ B = (A − B) ∪ (B − A).
{1, 2, 4} ⊕ {1, 4, 6} = {2, 6}.
A ⊆ B oznacza, że zbior A zawiera si¸e w zbiorze B, to znaczy wszystkie elementy zbioru A należ¸a do zbioru B.
{2, 1} ⊆ {1, 2, 3}
Dwa zbiory s¸a równe jeżeli zawieraj¸a te same elementy, lub inaczej A = B wtedy i tylko wtedy gdy A ⊆ B i B ⊆ A.
{1, 4, 2, 3} = {4, 1, 3, 2}.
Jak widać kolejność elementów w zapisie zbioru nie ma znaczenia. I tak na przyk lad {1, 2} =
{2, 1}. Taki zbior dwuelementowy nazywamy czasami par¸a nieuporz¸adkowan¸a.
Kolejność elemnetów jest istotna w parze uporz¸adkowanej, któr¸a oznaczamy przez (x, y).
Mamy (x, y) = (u, v) wtedy i tylko wtedy gdy x = u oraz y = v. Dopuszczalne jest także x = y. Para uporz¸adkowana jest ci¸agiem dwuelementowym.
A×B oznacza iloczyn kartezjański zbiorów A i B. Jest to zbiór wszystkich uporz¸adkowanych par (a, b), w których a ∈ A i b ∈ B. Inaczej
A × B = {(a, b) | a ∈ A, b ∈ B}.
Dla A = {1, 3, 5} i B = {3, 4} mamy
A × B = {(1, 3), (1, 4), (3, 3), (3, 4), (5, 3), (5, 4)}.
Powinno być oczywiste, że
|A × B| = |A| · |B|.
3
Rodzina zbiorów
Zbiór zbiorów nazywamy czasami rodzin¸a zbiorów. Na przyk lad A = {A1, A2, A3, A4} jest rodzin¸a zawieraj¸ac¸a cztery zbiory A1, A2, A3 i A4, s¸a to elementy zbioru A. Możemy też zapisać A = {Ai | 1 ≤ i ≤ 4}.
Możemy sumować zbiory z rodziny. Suma
k
[ Ai
i=1
zawiera te elementy, które należ¸a do któregoś ze zbiorów A1, A2, ... ,Ak, czyli k
[ Ai = {x | ∃i 1 ≤ i ≤ k; x ∈ Ai}.
i=1
3
k
[ Ai = A1 ∪ A2 ∪ ... ∪ Ak
i=1
B¸edziemy też używać zapisu
[ Ai
i∈I
na oznaczenie sumy wszystkich zbiorów Ai, których indeksy należ¸a do zbioru I. Zachodzi wtedy
[ Ai = {x | ∃i∈I x ∈ Ai}.
i∈I
Zbiór indeksów sumowania może być określony za pomoc¸a warunku.
[ Ai = A2 ∪ A3 ∪ A4 ∪ A5.
1<i<6
Możemy też brać przekroje zbiorów z rodziny. Przekrój
k
\ Ai
i=1
zawiera te elementy, które należ¸a do wszystkich zbiorów A1, A2, ... ,Ak, czyli k
\ Ai = {x | ∀i 1 ≤ i ≤ k; x ∈ Ai}.
i=1
Inaczej możemy to zapisać:
k
\ Ai = A1 ∩ A2 ∩ ... ∩ Ak
i=1
B¸edziemy też używać zapisu
\ Ai
i∈I
na oznaczenie przekroju wszystich zbiorów Ai, których indeksy należ¸a do zbioru I. Zachodzi wtedy
\ Ai = {x | ∀i∈I x ∈ Ai}.
i∈I
Zbiór indeksów przekroju może być określony za pomoc¸a warunku.
\ Ai = A2 ∩ A3 ∩ A4 ∩ A5.
1<i<6
Przyk lad 1.
Weźmy rodzin¸e z lożon¸a z trzech zbiorów A1 = {4, 6, 8}, A2 = {4, 5, 6}, A3 = {4, 5, 8, 9},
3
[
3
\
Ai = {4, 5, 6, 8, 9}
Ai = {4}
i=1
i=1
4
Przyk lad 2. Niech I = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10} b¸edzie zbiorem indeksów. Dla każdego i ∈ I określamy zbór Ai = {x ∈ N | 1 ≤ x ≤ i}. Mamy
[
\
Ai = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}
Ai = {1}
i∈I
i∈I
[
\
Ai = {1, 2, 3, 4, 5, 6}
Ai = {1, 2}
1<i<7
1<i<7
4
Zaokr¸
aglenia
Wprowadźmy dwa oznaczenia na zaokr¸aglenie liczby rzeczywistej.
Dla dowolnej liczby
rzeczywistej x
dxe
oznacza zaokr¸aglenie x w gór¸e do najbliższej liczby ca lkowitej. Na przyk lad: d4e = 4,
d4.3e = 5,
d−4e = −4,
d−4.3e = −4.
Przez
bxc
b¸edziemy oznaczać zaokr¸aglenie x w dó l do najbliższej liczby ca lkowitej. Na przyk lad: b4c = 4,
b4.3c = 4,
b−4c = −4,
b−4.3c = −5.
5