4. Funktionen und Relationen Bestimmung der Umkehrfunktionen c) bei reellen Funktionen geometrisch durch Spiegelung des Funktionsgraphen an der Winkelhalbierenden y = x. y = x3 y=x y=x y = x1/3 Archivierungsangaben y = (x+1)/2 y = 2x – 1 Seite 27 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Beispiel: a) f: R R, f(x) = x2 ……. injektiv: f(-1) = 1 und f(1) = 1 ……. surjektiv: f(x) = -1 hat kein Urbild in R b) f: R+ R, f(x) = x2 …….injektiv: x=√f(x) eindeutig lösbar …….surjektiv: siehe a) Archivierungsangaben c) f: R R+, f(x) = x2 d) f: R+ R+, f(x) = x2 Umkehrfunktion für d)? ……… injektiv: siehe a) ……….: f(x)≥0, alle f(x) haben Urbild ……..injektiv: siehe b) ………… …….surjektiv: siehe c) f-1: R+ R+, ……….. Seite 28 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Wiederholung! Spezielle reelle Funktionen: Bekannt aus der Schule! • Lineare Funktionen f(x) = ax + b Beispiel: f(x) = 4x – 1 • Polynome oder ganzrationale Funktionen f(x) = anxn + an-1xn-1 + … + a1x + a0 Archivierungsangaben Beispiel: f(x) = 2x3 – x2 + x – 2 • Gebrochen-rationale Funktionen, z.B. f(x) = 2x3 / (x2 – 3x) • Trigonometrische Funktionen: sin x, cos x … • Weitere Funktionen f(x) = √x etc Seite 29 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Exponentialfunktionen zur Basis a: f(x) = ax mit einer Konstanten a > 0 (Basis) sind definiert für x ∈ R. Die Umkehrfunktion von f(x) = ax ist Logarithmus zur Basis a: loga x, D = (0, ∞). Spezialfall: Archivierungsangaben f(x) = ex – Exponentialfunktion zur Basis e ≈ 2,71 Die Umkehrfunktion von f(x) = ex ist der natürliche Logarithmus ln x, definiert für x ∈ (0, ∞). Seite 30 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Rechenregeln: an = a·a·a·…·a; a0 = a; a1 = a a1/n , n∈N n∈ am/n ax+y , n,m∈N = ax · ay, Wiederholung! Bekannt aus der Schule! x,y∈R Archivierungsangaben (ax)y = ax·y, x,y∈R ax · bx = (a·b)x, x∈R a-x = 1/ax = (1/a)x, x∈R ax = ex·ln a , x∈R Seite 31 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Polynome: p(x) = anxn + an-1xn-1 + … + a1x + a0 Sind reelle Funktionen, die sich ausschließlich mit den Rechenoperationen Addition, Subtraktion und Multiplikation berechnen lassen. n Allgemein: p(x) = Ʃ akxk, mit a0, a1, …, an ∈ R Archivierungsangaben k=0 Ist an ≠ 0, so ist n = deg p ∈ N der Grad des Polynoms p Beispiel: p1(x) = x2 + x + 2, p2(x) = – x3, p3(x) = 2x7 – 4x4 + 3x2 – 1 sind Polynome vom Grad ……, . bzw. ………… Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath Seite 32 4. Funktionen und Relationen Definition 4.6 Eine zweistellige Relation R auf Menge M ist eine Abbildung, die jedem Paar (x,y) ∈ M x M einen Wahrheitswert Archivierungsangaben {wahr, falsch} zuordnet. Schreibweise: x R y, (x,y) ∈ R Seite 33 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Beispiel: Bezeichnet M die Menge der Prozeduren in einer Programmiersprache (z.B. in C++) und N die Menge der (Programmier-)Klassen, Archivierungsangaben so wird durch p R c :⇔ (p wird exportiert von c) für eine Prozedur p∈M und eine Klasse c∈N eine Relation zwischen M und N erklärt. Seite 34 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Darstellung der Relationen: 1. als Paare: R = {(x,y) ∈ M x M: x < y} Beispiel: Sei Relation R ist „<„ und M = {0,1,2,3}, dann Archivierungsangaben R = {(0,1), (0,2), (0,3), (1,2), (1,3), (2,3)} (0,0), (3,1) ∉ R, weil nicht gilt 0 < 0, 3 < 1 Seite 35 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Darstellung der Relationen: Archivierungsangaben 2. als Schema: R = {(x,y) ∈ N0xxN0: x + y = 4} 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 … 4 5 … Seite 36 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Darstellung der Relationen: Archivierungsangaben 3. Als Graphen: Sei M = {A, B, C, D} R = {(A,B), (B,C), (B,D), (C, A), (C,B), (C,C), (C,D), (D,A)} A B C D Seite 37 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Definition 4.7 Eine Relation R auf M heißt • reflexiv, wenn jedes Element in Relation zu sich selbst steht , d.h. ∀x ∈ M: x R x, z.B.: Archivierungsangaben „<„ ist ………. reflexiv, da 3 < 3 falsch ist „≤„ ist ………. reflexiv, da 3 ≤ 3 wahr ist Seite 38 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Archivierungsangaben Beispiel A B C D nur (C,C) ∈ R ………..reflexiv, da (A,A), (B,B), (D,D) ∉R Wird reflexiv, wenn alle Schleifen existieren! Seite 39 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Definition 4.7 (Fortsetzung) • symmetrisch, wenn ∀x,y ∈ M: aus x R y ⇒ y R x, z.B: Archivierungsangaben „≠„ ist ………symmetrisch, da aus „3 ≠ 5“ folgt „5 ≠ 3“ „≤„ ist ………symmetrisch, da aus „3 ≤ 5“ nicht folgt „5 ≤ 3“ Seite 40 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Archivierungsangaben Beispiel A B C D (B,C) ∈ R und (C,B) ∈ R …….. symmetrisch: (A,C), (A,D), (B,A), (D,B), (D,C) ∉R Seite 41 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Archivierungsangaben Beispiel 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 … 4 5 … Es gilt Kommutativgesetz in N0 : a + b = b + a, deshalb symmetrisch: wenn 0 R 4, dann auch 4 R 0 etc. Seite 42 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Archivierungsangaben Beispiel A B C D …………………………….. Seite 43 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Definition 4.7 (Fortsetzung) • transitiv, wenn ∀x,y,z ∈ M: aus (x R y) und (y R z) ⇒ x R z, z.B.: Archivierungsangaben „≤„ ist ………transitiv, da aus „3 ≤ 5 und 5 ≤ 7“ folgt: „3 ≤ 7“ „≠„ ist …….. transitiv, da aus „3 ≠ 5 und 5 ≠ 3“ nicht folgt „3 ≠ 3“ Seite 44 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Beispiel A B C D Transitivitätsbedingung für z.B. B, C, D: Archivierungsangaben (B,C)∈R, (C,D)∈R folgt …………… nicht transitiv: für z.B. A, B und D: (B,C)∈R und (C,A)∈R, aber ……………… Seite 45 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Archivierungsangaben Beispiel 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 … 4 5 … Aus 1 R 3 und 3 R 1, folgt nicht 1 R 1 1 + 3 = 4 und 3 + 1 = 4, aber 1 + 1 ≠ 4 …… transitiv Seite 46 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Archivierungsangaben Beispiel ……reflexiv , A B C D symmetrisch und transitiv. (A,B)∈R und (B,D)∈R, aber (A,D) ∉R Seite 47 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Einige wichtige Relationen in der Informatik sind: Äquivalenzrelationen, Ordnungen, Verbände… Anwendungsgebiete: Objektorientierte Programmierung, Archivierungsangaben relationalen Datenbanken, Prozessplanung etc… Seite 48 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Definition 4.8 Eine Äquivalenzrelation auf einer Menge M ist eine reflexive, symmetrische und transitive Relation auf M. Archivierungsangaben Beispiel 4.6 Auf der Menge M aller Studierenden im Hörsaal wird durch x R y ⇔ x und y haben denselben Geburtsmonat eine Äquivalenzrelation erklärt, deren Äquivalenzklassen gerade die verschiedenen Geburtsmonate sind. Seite 49 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Beispiel 4.7 Auf der Menge Z eine Relation R definiert durch x R y ⇔ haben gleichen Rest bei Division durch 3, d.h. x R y ⇔ (x – y) = 3k, k∈ M. Überprüfe, ob diese Relation eine Äquivalenzrelation ist. Archivierungsangaben • reflexiv: (x – x) = 0 = 3k; also ist durch 3 teilbar • symmetrisch: wenn (x – y) = 3k, dann y – x= • transitiv: sei (x – y) = 3k1 und (y – z) = 3k2, dann (x – z) = d.h. Seite 50 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Beispiel 4.7 (Fortsetzung) Somit x R y („ x – y teilbar durch 3“) ist eine Äquivalenzrelation. Archivierungsangaben Diese Äquivalenzrelation teilt die Menge Z in 3 Äquivalenzklassen: Z = [0] ∪ [1] ∪ [2] 1) alle ganzzahligen Vielfachen der 3 (Rest 0): [0] 2) alle ganzen Zahlen, die sich mit Rest 1 durch 3 teilen lassen: [1] 3) alle ganzen Zahlen, die sich mit Rest 2 durch 3 teilen lassen: [2] Seite 51 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Übung: Überprüfen, ob die Relation x R y := x⋅y = 0 eine reflexive, symmetrische und transitive Relation auf Menge N0. 1) Reflexivität: ………..Z.B. 1 R 1, da 1⋅1 ≠ 0 Archivierungsangaben 2) Symmetrie: ……….Wenn x R y, dann y R x. 3) Transitivität: ……..Z.B: 1 R 0, 0 R 2, aber 1 R 2. Somit ist R keine Äquivalenzrelation ! Seite 52 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Eine Relation R auf einer Menge M heißt • antisymmetrisch, wenn ∀x,y ∈ M: aus x R y und y R x ⇒ x = y, z.B: „≤“, „|“ oder „ ⊆“ ist antisymmetrisch a | b :⇔ ⇔ „a teilt b“ auf M=N „Zahlenbeispiele“ Tafel Archivierungsangaben „≠“ ist nicht antisymmetrisch, da aus „3≠5“ und „5≠3“ folgt nicht, dass 3 und 5 identisch sind. Hinweis: aus „R ist nicht symmetrisch“ folgt nicht „R ist antisymmetrisch“ aus „R ist antisymmetrisch“ folgt nicht „R ist symmetrisch“ Beispiel : „=„ sowohl symmetrisch, als auch antisymmetrisch Fazit: für verschiedene x und y sind beide Relationen: x R y und y R x nicht möglich. Wenn, dann nur eine Relation!!! Seite 53 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Definition 4.9 Die Relation R heißt eine partielle Ordnung auf einer Menge M, falls R reflexiv, antisymmetrisch und transitiv ist. Archivierungsangaben Beispiel: „≤“ eine partielle Ordnung auf einer Menge M a) reflexiv: ja, da für alle x gilt: x ≤ x b) antisymmetrisch: ja, da gilt: wenn x ≤ y und y ≤ x dann und nur dann, wenn x = y. c) transitiv: ja, da gilt: wenn x ≤ y und y ≤ z, dann ist auch x ≤ z. Seite 54 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Beispiel: Überprüfe, ob R ist eine Äquivalenz- oder eine partielle Ordnungsrelation auf M. M = {1, 2, 3}, R = {(1,1), (2,2), (3,3), (1,2), (1,3)} Archivierungsangaben a) reflexiv: …., da für alle x gilt: x R x (1,1), (2,2), (3,3) (1,2) ∈ R, aber (2,1) ∉ R b) symmetrisch: …….. c) antisymmetrisch: ……, da gilt: wenn x R y und y R x dann und nur dann, wenn x = y. Es gibt keine Paare (y,x) mit y ≠ x, (2,1), (3,1) ∉ R a) transitiv: ….., da gilt: wenn x R y und y R z, dann ist auch x R z. (1,2) ∈ R, (2,2) ∈ R (1,2) ∈ R (1,1) ∈ R, (1,3) ∈ R (1,3) ∈ R etc. !!! partielle Ordnungsrelation Seite 55 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Definition 4.10 Es sei „≤“ eine partielle Ordnung auf einer Menge M. Dann heißt „≤“ „ “ eine totale Ordnung, wenn für alle (x,y)∈M x M gilt: x ≤ y oder y ≤ x. Das bedeutet, dass je Archivierungsangaben zwei Elemente hinsichtlich „≤“ vergleichbar sind. „≤“ ist totale Ordnung auf R • reflexiv • antisymmetrisch • transitiv Seite 56 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Beispiel: Archivierungsangaben 1. • • • „⊆“ auf P (M) ist nicht total, wenn |M| ≥ 2 ist. reflexiv antisymmetrisch partielle Ordnungsrelation transitiv Total? entweder x ⊆ y oder y ⊆ x (x≠y) Sei M = {a,b,c}, dann P (M) = {∅, {a}, {b}, {c}, {a,b}, {a,c}, {b,c}, {a,b,c}}. nicht total z.B. für {b} und {c} gilt: weder {b} ⊆ {c}, noch {c} ⊆ {b}. 2. M = {1,2,3}, R = {(1,1),(2,2),(3,3),(1,2),(1,3)}: totale Ordnung? Nein! Per Definition: (x,y)∈R oder (y,x)∈R, aber z.B. (2,3)∉R und (3,2)∉R Seite 57 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Darstellung partieller Ordnungen (auf endlichen Mengen) wird durch Hasse-Diagramme veranschaulicht. Archivierungsangaben a) Sei (M, |) eine partiell geordnete Menge mit M= {1,2,3,4,6} Seite 58 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Bemerkung: Hasse-Diagramm einer totalen Ordnung ist eine Linie. Archivierungsangaben Sei (A, ≤ ) eine total geordnete Menge mit A = {1,2,3,4}. Seite 59 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen b) Sei (P (M), ⊆) eine partiell geordnete Menge mit M = {1,2,3}. Archivierungsangaben P (M) = {∅, {1}, {2}, {3}, {1,2}, {1,3}, {2,3}, {1,2,3}}. Seite 60 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen c) Tafel Sei (M, |) eine partiell geordnete Menge mit M = T(12) = ................... .................... Archivierungsangaben = {1, 2, 3, 4, 6, 12} Seite 61 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Hinweise zu Erstellung eines Hasse-Diagramms für Teil(er)menge T(a): Primfaktorzerlegung von a durchführen: z.B. a = 12 = 22·31 hat zwei Primfaktoren. Bei einem Primfaktor (z.B. 16 = 24 oder 35 oder 1135) ist Archivierungsangaben das Hasse-Diagramm eindimensional (eine Linie). Bei zwei Primfaktoren (z.B. 15 = 3·5, 500 = 22·53 etc.) ist das Hasse-Diagramm zweidimensional (Quadrat bzw. Gitter, das aus mehreren Quadraten besteht). Seite 62 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Bei drei Primfaktoren ist das Hasse-Diagramm dreidimensional (Quader). Quader Für a = p1·q1·r1 siehe das Beispiel für T(30) in der Mitschrift. Allgemein das Hasse-Diagramm für T(a), vorbei a die Archivierungsangaben Form von p1·q1·r1 hat, hat das gleiche Hasse-Diagramm wie T(30) (einstöckiger Quader). Seite 63 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Wenn einer der drei Primfaktoren eine zweite Potenz enthält, z.B. a = p1·q2·r1, dann wird der Quader zweistöckig (siehe Übung 6.5 b)). Hasse-Diagramme für T(a), wobei in der Primfaktorzerle- Archivierungsangaben gung von 4 Primfaktoren oder zwei der drei Primfaktoren eine höhere Potenz als die zweite haben, sind nicht mehr überschaubar. Seite 64 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Beispiel (Tafel): Erstellen Sie die Hasse-Diagramm für T(a):= (M, |), wobei: • T(250), • T(70) Archivierungsangaben T(250) = ........... zwei Primaktoren Gitter T(70) = ................. drei Primfaktoren Quader Seite 65 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen In geordneten Mengen wird durch die Ordnungsrelation eine Anordnung ihrer Elemente vorgenommen . Archivierungsangaben Definition 4.11 Sei M eine Menge und R Relation auf M. Dann heißt kϵ M kleinstes Element (bzw. größtes Element) von M, wenn für alle xϵ M gilt, dass kRx (bzw. xRk) ist. Beispiel a) (M, ≤), M={2, 3, 4, 5}; 2 - kleinstes El.; 5- größtes El. b) (N0, ≤), hat 0 als kleinstes Element und klein größtes. Seite 66 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen In partiell geordneten Mengen existieren es nicht immer bzw. ein kleinstes/größtes Element. • Sei (M, |) = ({1, 2, 3, 4, 6}, |). Archivierungsangaben kleinstes Element: 1, weil 1 teilt alle Zahlen aus M größtes Element: kein, da es keine Zahl Z gibt, die durch alle x∈M teilbar ist. Wie kann man die Menge M erweitern, so dass es ein größtes Element bzgl. „|“ gibt? Seite 67 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Beispiel: Ist (M, ⊆) eine partiell geordnete Menge, dann x∈M ein kleinstes Element, falls ∀y∈M gilt x ⊆ y. Entsprechend ist z∈M Archivierungsangaben ein größtes Element, falls ∀y∈M gilt y ⊆ z. Z.B. bzgl. P (M) = {∅ ,{a}, {b}, {c}, {a,b}, {a,c}, {b,c}, {a,b,c}} …….. das kleinste und …………. das größte Element. Seite 68 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Betrachten wir jetzt die Teilmengen der geordneten Menge (R, ≤ ): • Sei A = [a, +∞) = {x∈R : x ≥ a}, dann ….. - kleinstes Element und es existiert ……. größtes Element. • Sei B = (a, +∞) = {x∈R : x > a}, dann hat B …….. Archivierungsangaben kleinstes …………….. größtes Element. Dennoch ist die Zahl …... in gewisser Weise optimal als untere Schranke für B, da es keine andere Zahl x gibt: x > a und x∉B. Für a gibt es spezieller Begriff! Seite 69 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Definition 4.12 Es sei (M, R) eine geordnete Menge mit Relation R und A ⊂ M eine Teilmenge, dann: 1. Ein Element b ∈ M heißt obere Schranke von A, falls für ∀x ∈ A die Relation x R b gilt. 2. Ein Element u ∈ M heißt untere Schranke von A, falls für ∀x ∈ A die Relation u R x gilt. Archivierungsangaben Beispiel 4.8: Sei A = (a,b) eine Teilmenge von (R, ≤ ), dann ist a die untere Schranke für A und b die obere Schranke für A. a b Es gilt auch: ∀x ∈ A: (a-1) ≤ x, daraus folgt, dass auch (a-1) eine untere Schranke für A ist. Es könnte mehrere untere/obere Schranken geben. Seite 70 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Definition 4.13 Es sei (M, R) eine geordnete Menge mit Relation R und A ⊂ M eine Teilmenge, dann: 1. Eine obere Schranke b ∈ M heißt Supremum von A, kurz b = sup A, wenn b die kleinste obere Schranke von A ist. Archivierungsangaben a b 2. Eine untere Schranke u ∈ M heißt Infimum von A, kurz u = inf A, wenn u die größte untere Schranke von A ist. Im Beispiel 4.8: a = inf A; (a-1) dagegen ist nur untere Schranke. 3. Ist b ∈ A (bzw. u ∈ A), so nennen wir b = max A das Maximum (bzw. das Minimum) von A. Seite 71 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Beispiel 4.9 Sei R eine geordnete Menge: (R, ≤ ). Falls: 1. A = (a,b), dann ….. = inf A; …. = sup A, aber es gibt kein min A und kein max A. Archivierungsangaben 2. A = (a,b], dann …. = inf A; ………………= sup A, es gib kein min A. 3. A = [a,b], dann ……………. inf A; ………………..= sup A. Seite 72 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Archivierungsangaben Beispiel 4.10 Sei N eine partiell geordnete Menge: (N, | ). Wir betrachten die folgenden Teilmengen von (N, | ): 1. A1 = ({3,6,9}, |), dann: a) 1 und 3 sind untere Schranken von A1. b) inf A1 = 3 = min A1; Infimum: ggt c) obere Schranken: Zahlen, die von 3,6 und 9 geteilt werden, z.B: 36, 54, 162 oder 18, …. d) sup A1 = 18. Supremum: kleinste gemeinsame Vielfache 2. A2 = ({12,18}, |), dann: a) untere Schranken: 1,2,3,6 b) inf A2 = 6; c) obere Schranken: 36, 72, 144 … d) sup A2= 36. min A2; max A2 - kein Seite 73 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Beispiel: Suprema und Infima lassen sich aus dem HasseDiagramm leicht ablesen: so sind z.B. ∅, {2} untere Schranken der Teilmenge A = {{1,2}, {2,3}} ⊂ P (M). Archivierungsangaben Da ∅ ⊂ {2}, gilt: inf A = inf {{1,2}, {2,3}} = {2}. Infimum - Schnittmenge Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath Das minimale Element von P(M) steht am weitesten unten und ist kleiner als jedes andere Element in der gegebenem Ordnungsrelation. Seite 74 4. Funktionen und Relationen Obere Schranken der Teilmenge A ={{1}, {3}} sind {1,3} und Archivierungsangaben {1,2,3}. Wegen {1,3} ⊂ {1,2,3} gilt: sup A = sup {{1}, {3}} = {1,3}. Supremum - Vereinigungsmenge Das maximale Element von P(M) steht am weitesten oben und ist größer als jedes andere Element von P(M) ist. Seite 75 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Definition: Eine geordnete Menge V ist ein Verband, in der das Supremum und das Infimum jeder beliebigen zweielementigen Teilmenge stets existieren und sind Elemente V. Teilerverband kein Verband Archivierungsangaben Beispiel: z.B. für {6,10}: Infimum ist 2 Supremum ist 30. für {b,c} existieren untere Schranken: d,e und f, aber kein Infimum, da f nicht das größte Element; und keines von d und e – „größte“ untere Schranke Seite 76 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Übung: Sei A = {pq, q2, qr, wobei p,q,r ∈ N - Primzahlen , p≠q≠r} und (A, |). Geben Sie, falls existieren: das kleinste Element/das größte Element; untere/obere Schranken; Infimum/Supremum an. max A – kein; min A - kein untere Schranken: 1, q; Archivierungsangaben obere: p⋅q2⋅r; inf A = q; sup A = p⋅q2⋅r Seite 77 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath 4. Funktionen und Relationen Übung: Zeichnen Sie das Hasse-Diagramm für (M, |), mit M = {t ∈ N : t teilt 30}. Geben Sie min M, max M, Infimum und Supremum an. Sei A = {2, 5, 10} ⊂ M. Bestimmen Archivierungsangaben Sie min A, max A, untere Schranken, Infimum, obere Schranken und Supremum. min A – kein; max A = 10; untere Schranke: 1; obere Schranken 10,30 Seite 78 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath inf A = 1, sup A = max A = 10 Die Begriffsbildung des Verbandes geht auf Richard Dedekind zurück. Anwendungen: Archivierungsangaben - Semantik der Programmiersprachen, - logische Schaltungen Richard Dedekind (1831 - 1916) - der Programmanalyse - Algorithmik. Seite 79 Mathematik – I, Prof. Dr. Romana Piat / Prof. Dr. Julia Kallrath Bildquelle: http://en.wikipedia.org/wiki/Richard_De http://en.wikipedia.org/wiki/Richard_Dedekind#mediaviewer/File:Dedekind.jpeg dekind#mediaviewer/File:Dedekind.jpeg 4. Funktionen und Relationen