Декартово произведение множеств задачи с решением

ДЕКАРТОВО ПРОИЗВЕДЕНИЕ МНОЖЕСТВ. СООТВЕТСТВИЯ, ФУНКЦИИ, ОТНОШЕНИЯ

ЦЕЛЬ ЛЕКЦИИ – изучение свойств декартова произведения множеств, и связанных с ним соответствий, функций и отношений.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Помимо рассмотренных в первой лекции традиционных операций над множествами существуют и другие действия с множествами, которые позволяют решать много задач, имеющих практическое применение. В частности, к таким действиям относится декартово (прямое) произведение множеств. Свое название декартово произведение получило оттого, что предложенное Декартом координатное представление точек плоскости, являлось исторически первым примером прямого произведения.

Декартово (прямое) произведение множеств

Декартово (прямое) произведение множеств Х и – это множество, обозначаемое , элементами которого являются упорядоченные пары , первая компонента которых принадлежит множеству Х, а вторая множеству .

Задается в виде

.

Согласно определению элементами прямого произведения множеств являются упорядоченные пары, составленные из элементов исходных множеств. В этих парах первый элемент (компонента) всегда принадлежит первому множеству, а второй элемент (компонента) второму. Порядок множеств определяется исходной записью и, если , то , так как в упорядоченной паре компонента имеет номер 1, а компонента – номер 2, но в упорядоченной паре : – номер 1, а – номер 2.

Множество содержит mn элементов, где m и n – количество элементов Хи соответственно.

Геометрическое представление этого множества приведено на рис. 2.1, а.

Пример 2.2. Пусть A и B – отрезки вещественной оси. Прямое произведение изобразится заштрихованным прямоугольником, показанным на рис. 2.1, б.

Пример 2.3. Найти декартово произведение множеств и .

Решение. A × B .

Порядок перечисления элементов безразличен, важен только порядок элементов в паре (упорядоченная пара).

B × A .

Из приведенных примеров видно, что свойства прямого произведения отличаются от свойств обычного произведения в арифметическом смысле. В частности, прямое произведение изменяется при изменении порядка сомножителей, то есть , следовательно, декартово произведение не коммутативно. При этом он не только не коммутативно, но и не ассоциативно, но дистрибутивно относительно объединения, пересечения и симметрической разности множеств

;

;

.

Прямое произведение множеств – операция многоместная

.

В результате получаются множества, состоящие из упорядоченной последовательности вида

, где ; ;…; .

Такие последовательности называются кортежами или векторами.

Кортеж длины – конечная последовательность элементов , в которой каждый элемент занимает определенное место в соответствии с записью исходных множеств декартова произведения.

Сами элементы при этом называются компонентами (координатами) кортежа, которые нумеруются слева направо (первая компонента, вторая компонента и т.д.).

Примеры кортежей: множество людей, стоящих в очереди, числа, выражающие координаты точки на плоскости и т.п. Во всех этих множествах место каждого элемента является вполне определенным и не может быть произвольно изменено.

Число элементов кортежа (вектора) называется его длиной. Кортеж из двух компонентов называется парой, из трех – тройкой и т.д. Для задания n-компонентного кортежа используются круглые скобки, в которых через запятую перечисляются компоненты кортежа, например a = ( a₁, a₂, . a_n ).

Основные отличия понятий кортежа (вектора) и множества заключаются в следующем:

1) в множестве порядок элементов не играет роли, а кортежи, отличающиеся порядком элементов, различны, даже в случае, когда они имеют одинаковый состав;

2) в множестве все элементы различны, а в кортеже координаты могут повторяться.

Таким образом, в отличии от обычного множества в кортеже (векторе) могут быть одинаковые компоненты: два одинаковых слова в фразе, одинаковые численные значения координат точки на плоскости и т.п.

Два кортежа (вектора) считаются равными, если их длина одинакова и соответствующие компоненты равны между собой. То есть, если ( a₁, a₂, . a_n ) = ( b₁, b₂, . b_n), то a_i = b_i для всех i = 1, 2, . n.

Таким образом, декартово произведение позволяет получать вектора любых размерностей. Эта операция отличается от операций объединения и пересечения тем, что в результате перемножения прямым способом получаются объекты, содержащие элементы, отличающиеся по своей природе от элементов исходных множеств.

Если перемножить n раз одно и то же множество, то получится множество , называемое степенью множества

.

Степенью декартового произведения называется число множеств n, входящих в это декартово произведение.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9468 — | 7450 — или читать все.

78.85.5.224 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

В начальных классах ученики решают задачу: используя цифры 1, 2, 3 образовать всевозможные двузначные числа.

Путем перебора дети получают:

Запись каждого числа состоит из двух цифр, причем существенен порядок их следования. Например, из цифр 1, 2 образованы числа 12 и 21.

В том случае, когда важен порядок следования элементов множества, в математике говорят об упорядоченных наборах элементов. В данной задаче – упорядоченные пары (а; b), образованные из элементов а и b. Это (1; 2), (1; 3), (1; 4) и т.д. Первый элемент а называют первой координатой пары, элемент b – второй.

Значит, в нашей задаче мы оперировали множеством А=<1, 2, 3> и образовывали всевозможные пары.

Рассмотрим другой пример. Пусть А=<1, 2, 3>, B=<4, 5>. Образуем всевозможные пары (а;b) так, что аА, bВ. Получим некоторое новое множество <(1; 5), (1; 4), (2; 4), (2; 5), (3; 4), (3; 5)>, элементами которого являются упорядоченные пары чисел. Это новое множество называют декартовым произведением множеств А и В.

Декартовым произведением множеств А и В называется множество пар, первая компонента которых принадлежит множеству А, вторая множеству В. Обозначают АВ. Таким образом АВ = <(x;y)| xA, yB>.

Операцию нахождения декартового произведения множеств А и В называют декартовым умножением этих множеств.

Рассмотрим следующий пример. Известно, что АВ= . Установим, из каких элементов состоят множества А и В. Так как первая компонента пары декартового произведения принадлежит множеству А, а вторая – множеству В, то данные множества имеют следующий вид: А=<2, 3>, B= <3, 5,6>.

Перечислим элементы, принадлежащие множеству АВ, если
А=<a, b, c, d>, B=A. Декартово произведение АВ=<(a, a), (a, b), (a, c),
(a, d), (b, a), (b, b), (b, c), (b, d), (c, a), (c, b), (c, c), (c, d), (d, a), (d, b) ,(d, c), (d, d)>.

Количество пар в декартовом прoизведении АВ будет равно произведению числа элементов множества А и числа элементов множества В: n(АВ)=n(A)n(B).

В математике рассматривают не только упорядоченные пары, но и наборы из трех, четырех и т.д. элементов. Такие упорядоченные наборы называют кортежами. Так, набор (1, 5, 6) есть кортеж длины 3, так как в нем три элемента.

Используя понятие кортежа, можно определить понятие декартового произведения n множеств.

Декартовым произведением множеств А, А,…, A называют множество кортежей длины n, образованных так, что первая компонента принадлежит множеству А, вторая – А, …, n-ая – множеству А: АА…A.

Пусть даны множества А=<2, 3>; А=<3, 4, 5>; A=<7, 8>. Декартово произведение ААА=< (2, 3, 7), (2, 3, 8), (2, 4, 7), (2, 4, 8), (2, 5, 7),
(2, 5, 8),(3, 3, 7), (3, 4, 7), (3, 3, 8), (3, 4, 8), (3, 5, 7), (3, 5, 8)>.

Декартово произведение множеств.

Свойства операции декартова произведения.

Кортеж. Длина кортежа.

Основная литература 7, 10, 11, 16, 23, 33, 34;

Дополнительная литература 17, 18, 27, 50, 81, 84, 82, 86, 87

1. Декартово произведение множеств

Используя две цифры, например, 3 и 5, можно записать четыре двузначных числа: 35, 53, 33 и 55. Несмотря на то, что числа 35 и 53 записаны с помощью одних и тех же цифр, эти числа различные. В том случае, когда важен порядок следования элементов, в математике говорят об упорядоченных наборах элементов. В рассмотренном примере мы имели дело с упорядоченными парами.

Упорядоченную пару, образованную из элементов a и b, принято записывать, используя круглые скобки: (a; b). Элемент a называют первой координатой (компонентой) пары, а элемент b – второй координатой (компонентой) пары.

Пары (а; b) и (с; d) равны в том и только том случае, когда а = с и b = d.

В упорядоченной паре (а; в) может быть, что а = в. Так, запись чисел 33 и 55 можно рассматривать как упорядоченные пары (3; 3) и (5; 5).

Упорядоченные пары можно образовывать как из элементов одного множества, так и двух множеств.

Даны множества А=1,2,3, В=3,5. Образовать упорядоченные пары так, чтобы первая компонента принадлежала множеству А, а вторая – множеству В.

Перечислив все такие пары, получим множество: (1; 3), (1; 5), (2; 3), (2; 5), (3;3), (3;5).

Видим, что имея два множества А и В, мы получили новое множество, элементами которого являются упорядоченные пары чисел. Это множество называют декартовым произведением множеств А и В.

Определение. Декартовым произведением множеств А и В называется множество всех пар, первая компонента которых принадлежит множеству А, а вторая компонента принадлежит множеству В.

Декартово произведение множеств А и В обозначают А. Используя это обозначение, определение произведения можно записать так:

Найти декартово произведение множеств А и В, если:

а) А = m, p, e, f, k; b) A = B=3, 5.

Решение. а) Действуем согласно определению – образуем все пары, первая компонента которых выбирается из А, а вторая – из В: А    (m; p); (m; f); (m; k); (p; e); (p; f);(p; k).

b) Декартово произведение равных множеств находят, образуя всевозможные пары из элементов данного множества: А  А = (3; 3); (3; 5); (5; 3); (5; 5).

2. Свойства операции нахождения декартова произведения

Так как декартовы произведения А и ВА состоят из различных элементов, то операция нахождения декартова произведения множеств свойством коммутативности не обладает.

Аналогично рассуждая, можно доказать, что для этой операции не выполняется и свойство ассоциативности.

Но она дистрибутивна относительно объединения и вычитания множеств, т.е. для любых множеств А, В и С выполняются равенства:

  С    С    С,    С    С   С.

Проверьте справедливость свойства дистрибутивности декартова произведения относительно объединения, если: А = 3; 4; 5, В = 5; 7, С = 7; 8.

Решение. Найдем объединение множеств А и В:  = 3; 4; 5;7. Далее перечислим элементы множества   С, используя определение декартова произведения:   С = (3; 7), (3; 8), (4; 7), (4; 8), (5; 7), (5; 8), (7; 7), (7; 8).

Чтобы найти элементы множества   С    С, перечислим сначала элементы множеств А  С и В  С:

А  С = (3; 7), (3; 8), (4; 7), (4; 8), (5; 7), (5; 8)

В  С = (5; 7), (5; 8), (7; 7), (7; 8).

Найдем объединение полученных декартовых произведений:

  С    С = (3; 7), (3; 8), (4; 7), (4; 8), (5; 7), (5; 8), (7; 7), (7; 8).

Видим, что множества   С и   С    С состоят из одних и тех же элементов, следовательно, для данных множеств А, В и С справедливо равенство   С    С    С.

Выясним теперь, как можно наглядно представить декартово произведение множеств.

Если множества А и В конечны и содержат небольшое число элементов, то можно изобразить декартово произведение этих множеств при помощи таблицы или графа.

Декартово произведение множеств А =1; 2; 3 и В = 3; 5 можно представить так, как показано на рисунке 1 и 2