|
|
(Nie pokazano 73 wersji utworzonych przez 2 użytkowników) |
Linia 1: |
Linia 1: |
| =="Naiwna" teoria mnogości== | | {| border="1" cellspacing="0" |
| | ! <math>\phi</math>!! <math>\psi</math>!! <math>\psi \Rightarrow \phi</math>!! <math>(\phi \Rightarrow (\psi \Rightarrow \phi))</math>!! |
| | |- |
| | | 0 || 0 || 1 || 1 |
| | |- |
| | | 0 || 1 || 0 || 1 |
| | |- |
| | | 1 || 0 || 1 || 1 |
| | |- |
| | | 1 || 1 || 1 || 1 |
| | |} |
|
| |
|
| wyszczególnionych w preambule
| |
| Teoria zbiorów, zwana również teorią mnogości, została stworzona
| |
| około połowy XIX wieku, przez niemieckiego matematyka <u>'''Georg Cantor'''</u>.
| |
| Teoria mnogości to gałąź matematyki zajmująca się zbiorami --
| |
| kolekcja obiektów. Skończone zbiory można definiować wypisując
| |
| kolejno wszystkie ich elementy. <u>'''Georg Cantor'''</u> był pierwszą osobą która
| |
| podjęła się przeniesienia na ścisły grunt matematyczny pojęcia
| |
| zbioru nieskończonego. Według <u>'''Georg Cantor'''</u> zbiór może być dowolną
| |
| kolekcją obiektów zwanych elementami. Według tego podejścia zbiór
| |
| jest pojęciem podstawowym i niedefiniowalnym. Niestety podejście
| |
| do teorii zbiorów w ten sposób rodzi paradoksy i dlatego teoria
| |
| mnogości prezentowana w ten sposób jest często nazywana "naiwną"
| |
| teorią mnogości.
| |
|
| |
|
| Teoria matematyczna nie może dopuszczać istnienia paradoksów i
| |
| dlatego na początku XX wieku zmieniono podejście do teorii
| |
| mnogości. Zaproponowana przez <u>'''Ernst Zermelo'''</u> i uzupełniony przez <u>'''Adolf Abraham Halevi Fraenkel'''</u> system aksjomatów wyklucza paradoksy które spowodowały
| |
| że naiwna teoria zbiorów musiała zostać porzucona. Aksjomaty te
| |
| nakładają pewne ograniczenia na konstrukcje zaproponowane przez
| |
| <u>'''Georg Cantor'''</u>. W większości przypadków jednak intuicje związanej z
| |
| naiwna teorią mnogości sprawdzają się również w aksjomatycznej
| |
| teorii zbiorów. Zaprezentowane poniżej, skrótowe przedstawienie
| |
| "naiwnej teorii mnogości" ma na celu wyrobienie intuicji
| |
| niezbędnych przy dalszej pracy formalną wersją tych teorii.
| |
| Aksjomatyczna teoria zbiorów zostanie przedstawiona w <u>'''Wykład
| |
| 4.'''</u>
| |
|
| |
|
| W podejściu zaproponowanym przez <u>'''Georg Cantor'''</u> zbiory skończone można łatwo wskazywać poprzez wyliczenie ich elementów. Definiowanie zbiorów nieskończonych wymaga bardziej rozwiniętego języka, niemniej jednak, według <u>'''Georg Cantor'''</u>, każda kolekcja obiektów jest zbiorem. Podstawowym symbolem używanym przy definiowaniu i opisywaniu zbiorów jest
| | <center><math>\left| x \right|\ = \left\{ \begin{array}{rll} x & \text{ gdy }, x\geq 0 \\ -x & \text{ w przeciwnym przypadku}. |
| | \end{array}</math></center> |
|
| |
|
|
| |
|
| <center><math>
| |
| \in
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| | <center><math>w_3 &\rightarrow bv_3v_2w_3v_1v_3v_3v_2\ |\ |
| | aw_3v_1v_3v_3v_2\ |\ bv_3v_2v_1v_3v_3v_2 \\ |
| | \begin{array}{lll} & & |\ av_1v_3v_3v_2\ |\ bv_3v_3v_2 |
| | \end{array}</math></center> |
|
| |
|
| oznaczający, że dany byt jest "elementem" pewnego zbioru.
| | oraz |
| Napis
| |
| | |
| | |
| <center> "Kraków" <math> \in </math> "zbiór wszystkich miast Polski" </center>
| |
| | |
| | |
| ilustruje zastosowanie tego symbolu.
| |
|
| |
|
| Aby zdefiniować zbiór należy określić definitywny sposób na
| | <center><math>w_3 &\rightarrow bv_3v_2w_3v_1v_3v_3v_2w_3\ |\ |
| rozpoznawania czy dany byt jest elementem zbioru, czy nie.
| | aw_3v_1v_3v_3v_2w_3\ |\ bv_3v_2v_1v_3v_3v_2w_3 \\ |
| Najczęściej używanym symbolem przy definiowaniu zbioru są nawiasy
| | \begin{array}{lll} & & |\ av_1v_3v_3v_2w_3\ |\ bv_3v_3v_2w_3 |
| klamrowe. Definicja skończonego zbioru może być bardzo łatwa.
| | \end{array}</math></center> |
| Zbiór
| |
|
| |
|
| | Ostatecznie, gramatyka w postaci Greibach ma postać: |
|
| |
|
| <center><math> | | <center><math> v_1 &\rightarrow bv_3v_2w_3v_1v_3\ |\ aw_3v_1v_3\ |\ bv_3v_2v_1v_3\ |\ av_1v_3\ |\ bv_3 \\ |
| \{2,3, </math> Kraków <math> \} | | v_2 &\rightarrow bv_3v_2w_3v_1\ |\ aw_3v_1\ |\ bv_3v_2v_1\ |\ av_1\ |\ b \\ |
| </math></center> | | v_3 &\rightarrow bv_3v_2w_3\ |\ aw_3\ |\ bv_3v_2\ |\ a |
| | \\ |
| | w_3 &\rightarrow bv_3v_2w_3v_1v_3v_3v_2\ |\ |
| | aw_3v_1v_3v_3v_2\ |\ bv_3v_2v_1v_3v_3v_2 \\ |
| | \begin{array}{lll} & & |\ av_1v_3v_3v_2\ |\ bv_3v_3v_2 bv_3v_2w_3v_1v_3v_3v_2w_3 \\ |
| | & & |\ aw_3v_1v_3v_3v_2w_3\ |\ bv_3v_2v_1v_3v_3v_2w_3\ \\ |
| | & & |\ av_1v_3v_3v_2w_3\ |\ bv_3v_3v_2w_3 |
| | \end{array}</math></center> |
|
| |
|
|
| |
|
| posiada trzy elementy. Liczba '''2''' jest elementem tego zbioru
| |
| <math>2\in\{2,3, </math> Kraków <math> \}</math>, ale również
| |
| Kraków <math> \in\{2,3, </math> Kraków <math> \}</math>.
| |
|
| |
| Dwa zbiory są sobie równe (takie same) jeśli posiadają dokładnie
| |
| te same elementy. Jedynymi elementami zbioru <math>\{2,3\}</math> są liczby
| |
| naturalne <math>2</math> i <math>3</math> -- ten sam fakt jest prawdziwy dla zbioru
| |
| <math>\{2,2,3\}</math>, a więc
| |
|
| |
| <center><math>
| |
| \{2,3\} = \{2,3,3\}.
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| Podobnie <math>\{2,3\}=\{3,2\}</math> i
| |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| \{2,3\}= </math> "zbiór liczb naturalnych ściśle pomiędzy <math>1</math> a
| |
| <math>4</math>" <math> .
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| W definicji zbioru nie ma znaczenia kolejność w jakiej wymienione
| | <center><math>\begin{array} {c|c|c|c|c|} Krok & dodane\quad do\quad S' & okreslenie\quad f' & dodane\quad do\quad T'\\ |
| są jego elementy, ani krotność w jakiej dany element pojawia się w
| | \hline 0 & \{q_0\} & & \emptyset\\ |
| zbiorze.
| | \hline 1 & \{q_0,q_3\} & f'(\{q_0\},a)=\{q_0,q_3\} & \emptyset\\ |
| | \hline & \{q_0,q_1\} & f'(\{q_0\},b)=\{q_0,q_1\} & \\ |
| | \hline 2 & \{q_0,q_3,q_4\} & f'(\{q_0,q_3\},a)=\{q_0,q_3,q_4\} & \{q_0,q_3,q_4\}\\ |
| | \hline & & f'(\{q_0,q_3\},b)=\{q_0,q_1\} & \\ |
| | \hline & & f'(\{q_0,q_1\},a)=\{q_0,q_3\} & \\ |
| | \hline & \{q_0,q_1,q_2\} & f'(\{q_0,q_1\},b)=\{q_0,q_1,q_2\} & \{q_0,q_1,q_2\}\\ |
| | \hline 3 & & f'(\{q_0,q_3,q_4\},a)=\{q_0,q_3,q_4\} & \\ |
| | \hline & \{q_0,q_1,q_4\} & f'(\{q_0,q_3,q_4\},b)=\{q_0,q_1,q_4\} & \{q_0,q_1,q_4\}\\ |
| | \hline & \{q_0,q_2,q_3\} & f'(\{q_0,q_1,q_2\},a)=\{q_0,q_2,q_3\} & \{q_0,q_2,q_3\}\\ |
| | \hline & & f'(\{q_0,q_1,q_2\},b)=\{q_0,q_1,q_2\} & \\ |
| | \hline 4 & & f'(\{q_0,q_1,q_4\},a)=\{q_0,q_3,q_4\} & \\ |
| | \hline & \{q_0,q_1,q_2,q_4\}, & f'(\{q_0,q_1,q_4\},b)=\{q_0,q_1,q_2,q_4\} & \{q_0,q_1,q_2,q_4\}\\ |
| | \hline & \{q_0,q_2,q_3,q_4\} & f'(\{q_0,q_2,q_3\},a)=\{q_0,q_2,q_3,q_4\} & \{q_0,q_2,q_3,q_4\}\\ |
| | \hline & & f'(\{q_0,q_2,q_3\},b)=\{q_0,q_1,q_2\} & \\ |
| | \hline 5 & & f'(\{q_0,q_1,q_2,q_4\},a)=\{q_0,q_2,q_3,q_4\} & \\ |
| | \hline & & f'(\{q_0,q_1,q_2,q_4\},b)=\{q_0,q_1,q_2,q_4\} & \\ |
| | \hline & & f'(\{q_0,q_2,q_3,q_4\},a)=\{q_0,q_2,q_3,q_4\} & \\ |
| | \hline & & f'(\{q_0,q_2,q_3,q_4\},b)=\{q_0,q_1,q_2,q_4\} & \\ |
| | \hline \end{array} </math></center> |
|
| |
|
| Zbiory można definiować na wiele sposobów. Najprostszym sposobem
| |
| zdefiniowani zbioru jest wyliczenie jego elementów. Strategia ta
| |
| zawodzi jednak w odniesieniu do zbiorów nieskończonych -- nie
| |
| jesteśmy w stanie wypisać wszystkich liczb naturalnych. Zgodnie z
| |
| postulatami Georg Cantor możemy przyjąć że istnieje zbiór wszystkich
| |
| liczb naturalnych. Czasami, na określenie zbiorów nieskończonych
| |
| używamy nieformalnego zapisu -- zbiór wszystkich liczb naturalnych
| |
| może być zapisany jako
| |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| \{0,1,2,3,4,\ldots\}.
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| W podejściu zaproponowanym przez Georg Cantor równoważna definicja tego
| |
| zbioru brzmi
| |
|
| |
|
| <center> "zbiór wszystkich liczb naturalnych" </center> | | <center><math>\begin{array} {c|c|c|c|c|} (s_0,\sharp)\mapsto (s_A,\sharp,0) & (s_0,0)\mapsto (r_0,\sharp,1) & (s_0,1)\mapsto (r_1,\sharp,1)\\ |
| | \hline (r_0,\sharp)\mapsto (s_R,\sharp,0) & (r_0,0)\mapsto (r_0',0,1) & (r_0,1)\mapsto (r_0',1,1)\\ |
| | \hline (r_0',\sharp)\mapsto (q_0,\sharp,-1) & (r_0',0)\mapsto (r_0',0,1) & (r_0',1)\mapsto (r_0',1,1)\\ |
| | \hline & (q_0,0)\mapsto (l,\sharp,-1) & (q_0,1)\mapsto (s_R,\sharp,-1)\\ |
| | \hline (r_1,\sharp)\mapsto (s_R,\sharp,0) & (r_1,0)\mapsto (r_1',0,1) & (r_1,1)\mapsto (r_1',1,1)\\ |
| | \hline (r_1',\sharp)\mapsto (q_1,\sharp,-1) & (r_1',0)\mapsto (r_1',0,1) & (r_1',1)\mapsto (r_1',1,1)\\ |
| | \hline & (q_1,0)\mapsto (s_R,\sharp,0) & (q_1,1)\mapsto (l,\sharp,-1)\\ |
| | \hline (l,\sharp)\mapsto (s_0,\sharp,1) & (l,0)\mapsto (l,0,-1) & (l,1)\mapsto (l,1,-1)\\ |
| | \hline (s_R,\sharp)\mapsto (s_R,\sharp,0) & & \\ |
| | \hline (s_A,\sharp)\mapsto (s_A,\sharp,0) & & \\ |
| | \hline \end{array} </math></center> |
|
| |
|
| Bardzo często tworzymy zbiory składające się z obiektów
| |
| spełniających daną własność. Zbiór liczb parzystych możemy
| |
| zdefiniować w sposób następujący
| |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| \{x\,|\, x</math> jest liczbą parzystą <math> \}.
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| Bardziej ogólnie
| |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| \{x\,|\, </math> warunek <math> \}
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| W skład powyżej zdefiniowanego zbioru wchodzą te elementy, które
| |
| spełniają warunek występujący po znaku <math>\,|\,</math>. Żeby
| |
| zakwalifikować element do powyższego zbioru wstawiamy go w miejsce
| |
| <math>x</math> w warunku występującym po <math>\,|\,</math> i sprawdzamy czy jest on
| |
| prawdziwy. Żeby pokazać, że
| |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| 2\in\{x\,|\, x</math> jest liczbą parzystą <math> \}.
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| musimy dowieść, że warunek "<math>2</math> jest liczbą parzystą" jest
| | <center><math>\begin{array} {c|c|c|c|c|} (s_0,\sharp)\mapsto (s_R,\sharp,0) & (s_1,\diamondsuit)\mapsto(s1,\diamondsuit,1)\\ |
| prawdziwy.
| | \hline (s_0,0)\mapsto(s_1,\clubsuit,1) & (s_1,0) \mapsto(s_2,\diamondsuit,1)\\ |
| | \hline & (s_1,\sharp)\mapsto(s_A,\sharp,0)\\ |
| | \hline (s_2,\diamondsuit)\mapsto(s_2,\diamondsuit,1) & (s_3,0)\mapsto(s_2,\diamondsuit,1)\\ |
| | \hline (s_2,\sharp)\mapsto(s_4,\sharp,-1) & (s_3,\diamondsuit)\mapsto(s_3,\diamondsuit,1)\\ |
| | \hline (s_2,0)\mapsto(s_3,0,1) & (s_3,\sharp)\mapsto(s_R,\sharp,0)\\ |
| | \hline (s_4,0)\mapsto(s_4,0,-1) & \\ |
| | \hline (s_4,\diamondsuit)\mapsto(s_4,\diamondsuit,-1) & \\ |
| | \hline (s_4,\clubsuit)\mapsto(s_2,\clubsuit,1) & \\ |
| | \hline (s_A,\sharp)\mapsto(s_A,\sharp,0) & (s_R,\sharp)\mapsto(s_R,\sharp,0)\\ |
| | \hline \end{array} </math></center> |
|
| |
|
| Pomiędzy zbiorem liczb parzystych a zbiorem wszystkich liczb
| |
| naturalnych występuje oczywista zależność. Każda liczba parzysta
| |
| jest liczbą naturalną, co, ujęte w języku zbiorów oznacza że każdy
| |
| element zbioru liczb parzystych jest elementem zbioru liczb
| |
| naturalnych. Zbiór liczb parzystych jest "podzbiorem"
| |
| zbioru liczb naturalnych (a zbiór liczb naturalnych
| |
| "nadzbiorem" zbioru liczb parzystych). Zapisujemy to w
| |
| następujący sposób
| |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| \{x\,|\, x</math> jest liczbą parzystą <math> \}\subseteq </math> "zbiór
| |
| liczb naturalnych" <math> .
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| Ogólniej, jeśli każdy element zbioru <math>A</math> jest elementem zbioru <math>B</math>
| |
| mówimy że zbiór <math>A</math> jest podzbiorem zbioru <math>B</math> i piszemy
| |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| A\subseteq B.
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| W takim przypadku mówimy, że pomiędzy zbiorami <math>A</math> i <math>B</math> zachodzi
| |
| inkluzja.
| |
|
| |
|
| W szczególności, dla dowolnego zbioru <math>A</math> zachodzi <math>A\subseteq A</math>.
| |
| Wspomnieliśmy wcześniej, że dwa zbiory są sobie równe wtedy i
| |
| tylko wtedy kiedy posiadają dokładnie takie same elementy. Fakt
| |
| ten możemy zapisać formalnie w następujący sposób
| |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| A = B </math> wtedy i tylko wtedy, kiedy <math> A\subseteq B </math> i <math>
| |
| B\subseteq A.
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| Często zależy nam na określeniu znaczącym, że jeden zbiór jest
| | <center><math>\begin{array} {c|c|c|c|c|} & s_0 & s_1 & s_2\\ |
| podzbiorem drugiego i że zbiory te nie są sobie równe. Używamy
| | \hline \tau _{\mathcal{A}}(1) & s_0 & s_1 & s_2\\ |
| wtedy symbolu <math>\varsubsetneq</math> w następujący sposób
| | \hline \tau _{\mathcal{A}}(a) & s_1 & s_2 & s_2\\ |
| | \hline \tau _{\mathcal{A}}(b) & s_0 & s_0 & s_0\\ |
| | \hline \tau _{\mathcal{A}}(a^{2}) & s_2 & s_2 & s_2\\ |
| | \hline \tau _{\mathcal{A}}(ab) & s_0 & s_0 & s_2\\ |
| | \hline \tau _{\mathcal{A}}(ba) & s_1 & s_1 & s_1\\ |
| | \hline \tau _{\mathcal{A}}(b^{2}) & s_0 & s_0 & s_0\\ |
| | \hline \tau _{\mathcal{A}}(aba) & s_1 & s_1 & s_2\\ |
| | \hline ... & ... & ... & ...\\ |
| | \hline \end{array} </math></center> |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| A\varsubsetneq B \textrm{ wtedy i tylko wtedy, kiedy } (
| |
| A\subseteq B\textrm{ i nieprawda, że } A=B).
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| {cwicz}{1} | | <center><math>\begin{array} {c|c|c|c|c|} f & s_0 & s_1 & s_2 & s_3\\ |
| {hint}{0}
| | \hline a & s_1 & s_2 & s_0 & s_2\\ |
| {Æwiczenie {section}.{cwicz}} | | \hline b & s_3 & s_2 & s_2 & s_2\\ |
| | \hline \end{array} </math></center> |
|
| |
|
| Dla każdej pary zbiorów poniżej określ czy są sobie równe, oraz
| |
| czy jeden z nich jest nadzbiorem drugiego
| |
|
| |
|
| # <math>\{2,3\}</math>, <math>\{x\,|\, x</math> dzieli liczbę <math>6 \}</math>
| | {{algorytm|Minimalizuj2 - algorytm minimalizacji automatu |
| | wykorzystujący stabilizujący się ciąg relacji|algorytm minimalizacji automatu wykorzystujący stabilizujący się ciąg relacji| |
|
| |
|
| # "zbiór liczb naturalnych" , <math>\{x\,|\, 2</math> dzieli <math>x^2 \}</math>
| | 1 Wejście: <math>\mathcal{A}=(S, A, f, s_0, T)</math> - automat taki, że <math>L=L(\mathcal{A})</math>. |
| | 2 Wyjście: automat minimalny <math>\mathcal{A}'=(S',A',f', s_0', |
| | T')</math> dla <math>\mathcal{A}</math>. |
| | 3 <math>\overline{\rho}_1\leftarrow\approx_{\mathcal{A}}</math>; |
| | 4 <math>i \leftarrow 1</math>; |
| | 5 '''repeat''' |
| | 6 <math>\slash \slash</math> oblicz <math>\overline{\rho}_i</math>: <math>s_1 |
| | \overline{\rho}_i s_2 \Leftrightarrow (s_1 \overline{\rho}_{i-1} |
| | s_2) \wedge (\forall a \in A\ f(s_1, a) \overline{\rho}_{i-1} |
| | f(s_2,a))</math>; |
| | 7 <math>i \leftarrow i+1</math>; |
| | 8 '''empty'''<math>(\overline{\rho}_i)</math> |
| | 9 '''for''' '''each''' <math>(s_1,s_2)\in S\times S</math> '''do''' |
| | 10 flag<math>\leftarrow</math>'''true'''; |
| | 11 '''for''' '''each''' <math>a\in A</math> |
| | 12 '''if''' '''not''' <math>f(s_1, a) \overline{\rho}_{i-1} f(s_2,a)</math> '''then''' |
| | 13 flag<math>\leftarrow</math>'''false'''; |
| | 14 '''end''' '''if''' |
| | 15 '''end''' '''for''' |
| | 16 '''if''' flag<nowiki>=</nowiki>'''true''' '''and''' <math>s_1 \overline{\rho}_{i-1} s_2</math> '''then''' |
| | 17 <math>\overline{\rho}_{i} \leftarrow \overline{\rho}_{i} \cup \{(s_1,s_2)\}</math>; |
| | 18 '''end''' '''if''' |
| | 19 '''end''' '''for''' |
| | 20 '''until''' <math>\overline{\rho}_i = \overline{\rho}_{i-1}</math> |
| | 21 <math>S' \leftarrow S \slash \overline{\rho}_i</math>; |
| | 22 '''for''' '''each''' <math>[s]_{\overline{\rho}_i} \in S \slash \overline{\rho}_i</math> '''do''' |
| | 23 '''for''' '''each''' <math>a \in A</math> '''do''' |
| | 24 <math>f'([s]_{\overline{\rho}_i},a) \leftarrow |
| | [f(s,a)]_{\overline{\rho}_i}</math>; |
| | 25 '''end''' '''for''' |
| | 26 '''end''' '''for''' |
| | 27 <math>s_0' \leftarrow [s_0]_{\overline{\rho}_i}</math>; |
| | 28 <math>T' \leftarrow \{[t]_{\overline{\rho}_i}:\ t \in T\}</math>; |
| | 29 '''return''' <math>\mathcal{A}'=(S', A, f', s_0', T')</math>; |
|
| |
|
| # <math>\{x\,|\, x^2 =1\}</math>, <math>\{x\,|\, x^3=1\}</math>
| | }} |
| | |
| ; Solution.
| |
| : Rozwiązanie:
| |
| | |
| :# Zarówno <math>2</math>, jak i <math>3</math> dzielą <math>6</math>, a więc
| |
| <math>\{2,3\}\subseteq\{x\,|\, x</math> dzieli liczbę <math>6 \}</math>. Liczba <math>6</math>
| |
| jest elementem lewego zbioru, a nie jest elementem prawego i dlatego
| |
| zbiory te są od siebie różne. Odpowiedzią jest
| |
| <math>\{2,3\}\varsubsetneq\{x\,|\, x</math> dzieli liczbę <math>6 \}</math>.
| |
| | |
| :# Do zbioru liczb naturalnych należy <math>3</math>, które nie należy do zbioru
| |
| <math>\{x\,|\, 2</math> dzieli <math>x^2 \}</math> (ponieważ <math>2</math> nie dzieli <math>9=3^2</math>).
| |
| Równocześnie do prawego zbioru należy liczba <math>-2</math> która nie jest liczbą
| |
| naturalną. Żaden z wymienionych tu zbiorów nie jest podzbiorem drugiego.
| |
| | |
| :# Lewy zbiór to, oczywiście zbiór <math>\{-1,1\}</math>, a prawy to
| |
| jednoelementowy zbiór <math>\{1\}</math>. W tym przypadku odpowiedzią jest
| |
| <math>\{x\,|\, x^2 =1\}\varsupsetneq\{x\,|\, x^3=1\}</math>.
| |
| | |
| {Koniec æwiczenia {section}.{cwicz}}
| |
| | |
| Najczęstszymi operacjami wykonywanymi na zbiorach są operacje
| |
| "sumy","przecięcia" i "różnicy". Sumą dwóch
| |
| zbiorów <math>A</math> i <math>B</math> jest zbiór oznaczony przez <math>A\cup B</math> w skład
| |
| którego wchodzą wszystkie element zbioru <math>A</math>, wszystkie elementy
| |
| zbioru <math>B</math> i żadne elementy spoza tych zbiorów.
| |
| | |
| <center><math>
| |
| A\cup B = \{x\,|\, x\in A </math> lub <math> x\in B\}
| |
| </math></center>
| |
| | |
| {obra}{1}{Obrazek {section}.{obra}}standardowy obrazek ilustrujący unię zbiorów Podobnie
| |
| definiujemy przecięcie zbiorów
| |
| | |
| <center><math>
| |
| A\cap B = \{x\,|\, x\in A </math> i <math> x\in B\}
| |
| </math></center>
| |
| | |
| {obra}{1}{Obrazek {section}.{obra}}standardowy obrazek ilustrujący przecięcie zbiorów oraz
| |
| różnicę zbiorów
| |
| | |
| <center><math>
| |
| A\setminus B = \{x\,|\, x\in A </math> i <math> x\notin B\}.
| |
| </math></center>
| |
| | |
| {obra}{1}{Obrazek {section}.{obra}}standardowy obrazek ilustrujący różnicę zbiorów
| |
| | |
| {cwicz}{1}
| |
| {hint}{0}
| |
| {Æwiczenie {section}.{cwicz}}
| |
| | |
| Dla następujących par zbiorów ustal zawieranie, lub równość
| |
| | |
| # <math>A= </math> "zbiór liczb naturalnych" <math> \setminus\{x\,|\, </math> liczba nieparzysta, większa niż 2 dzieli <math>x \}</math> i drugi zbiór <math>B=\{2^n\,|\, </math> gdzie <math>n</math> jest liczbą naturalną <math> \}</math>,
| |
| | |
| # <math>A=\{x\,|\, </math> liczba 2 dzieli <math>x \}\cup\{x\,|\, </math> liczba 3 dzieli <math>x \}</math> i zbiór
| |
| <math>B=\{x\,|\, </math> liczba 6 dzieli <math>x \}</math>.
| |
| | |
| ; Solution.
| |
| : Rozwiązanie:
| |
| | |
| :# Każda liczba postaci <math>2^n</math> jest liczbą naturalną
| |
| niepodzielną przez żadną liczbę nieparzystą większą niż
| |
| <math>2</math>, a więc <math>B\subseteq A</math>. Każda liczba naturalna, która
| |
| nie dzieli się przez żadną liczbę nieparzystą posiada tylko
| |
| jeden dzielnik pierwszy <math>2</math>. W związku z tym każda z liczb
| |
| w <math>A</math> występuje również w <math>B</math>. W związku z tym <math>A=B</math>.
| |
| | |
| :# Każda liczba która jest podzielna przez <math>6</math> dzieli się
| |
| również przez <math>2</math> co dowodzi, że <math>B\subseteq A</math>. Zawieranie w
| |
| drugą stronę nie zachodzi ponieważ liczba <math>9\in A</math> i <math>9\notin
| |
| B</math>.
| |
| | |
| {Koniec æwiczenia {section}.{cwicz}}
| |
| | |
| Dla dowolnego zbioru <math>A</math> zachodzi <math>A\cup A = A</math> i <math>A\cap A = A</math>.
| |
| Zbiór który otrzymujemy jako wynik operacji <math>A\setminus A</math> jest
| |
| "zbiorem pustym". Na mocy definicji różnicy zbiorów
| |
| elementami zbioru <math>A\setminus A</math> są wyłącznie te elementy <math>A</math>,
| |
| które nie należą do <math>A</math>. Takie elementy nie istnieją -- żaden
| |
| element ze zbioru <math>A</math> nie należy do <math>A\setminus A</math> i żaden element
| |
| spoza <math>A</math> nie należy do tego zbioru. Zbiór pusty jest oznaczany
| |
| przez <math>\emptyset</math>. Odejmowanie zbiorów od samych siebie nie jest
| |
| jedynym sposobem na otrzymanie zbioru pustego.
| |
| | |
| <center><math>
| |
| \{1,2,2006\}\setminus </math> "zbiór liczb naturalnych" <math> = </math> "zbiór
| |
| psów" <math> \setminus </math> "zbiór wszystkich zwierząt" </center>
| |
| | |
| Zbiór po lewej stronie nierówności jest równy zbiorowi po prawej
| |
| stronie nierówności. Każdy element zbioru po prawej stronie jest
| |
| również elementem zbioru po lewej stronie nierówności i vice versa
| |
| dlatego, że żaden z tych zbiorów nie posiada elementów.
| |
| | |
| Niestety, podejście zaproponowane przez Georg Cantor i uściślone przez
| |
| Friedrich Frege posiada błędy. Jedną z pierwszych osób które zwróciły uwagę
| |
| na niedociągnięcia tej teorii jest Bertrandt Russell. Zgodnie z zasadami
| |
| zaproponowanymi przez Georg Cantor można zdefiniować dowolny zbiór.
| |
| Zdefiniujmy więc zbiór
| |
| | |
| <center><math>
| |
| Z = \{A\,|\, A\notin A\}.
| |
| </math></center>
| |
| | |
| Zbiór <math>Z</math> składa się ze zbiorów, które nie są swoimi własnymi
| |
| elementami. Paradoks zaproponowany przez Bertrandt Russell polega na tym,
| |
| że pytanie czy <math>Z</math> jest swoim własnym elementem prowadzi do
| |
| sprzeczności. Jeśli <math>Z\in Z</math> to, zgodnie z definicją zboru <math>Z</math>
| |
| otrzymujemy <math>Z\notin Z</math> co jest sprzecznością z założeniem. Jeśli
| |
| <math>Z\notin Z</math>, to <math>Z</math> spełnia warunek na przynależność do <math>Z</math> i w
| |
| związku z tym <math>Z\in Z</math> co jest kolejną sprzecznością. Definicja
| |
| zbioru zaproponowana przez Georg Cantor prowadzi do powstania
| |
| logicznych paradoksów. Okazuje się że pytanie co jest zbiorem jest
| |
| trudniejsze niż wydawało się matematykom końca XIX wieku.
| |
| | |
| W dalszej części wykładu przedstawimy właściwe podejście do teorii
| |
| mnogości. Podejście to jest oparte o część logiki zwaną rachunkiem
| |
| predykatów. Podejście to zostało zaproponowane przez Ernst Zermelo na
| |
| początku XX wieku i ma na celu dostarczenie spójnej teorii zbiorów
| |
| o mocy podobnej to naiwnej teorii, przy równoczesnym uniknięciu
| |
| paradoksów. Aksjomatyczna teoria mocy definiuje bardzo dokładnie
| |
| które kolekcje obiektów są zbiorami. W szczególności paradoks
| |
| zaproponowany przez Bertrandt Russell nie pojawia się w aksjomatycznej
| |
| teorii zbiorów, ponieważ zbiór zdefiniowany powyżej jako <math>Z</math> w
| |
| niej nie istnieje.
| |
| | |
| =="Naiwna" indukcja==
| |
| | |
| Zasada indukcji matematycznej jest o prawie trzysta lat starsza
| |
| niż teoria mnogości. Pierwszy dowód indukcyjny pojawił się w pracy
| |
| Francesco Maurolico w 1575 roku. W pracy tej autor wykazał, że suma <math>n</math>
| |
| pierwszych liczb nieparzystych równa się <math>n^2</math>.
| |
| | |
| Aby zastosować zasadę indukcji matematycznej należy wykazać dwa
| |
| fakty:
| |
| | |
| * hipoteza jest prawdziwa dla <math>n=1</math>;
| |
| | |
| * jeśli hipoteza jest prawdziwa dla <math>n</math> to jest również prawdziwa dla
| |
| <math>n+1</math>.
| |
| | |
| Drugi z powyższych punktów musi być prawdą dla wszystkich <math>n\geq
| |
| 1</math>. Jeśli oba fakty są prawdą to hipoteza jest prawdziwa dla
| |
| wszystkich liczb naturalnych większych od <math>1</math>. Rozumowanie które
| |
| stoi za tym wnioskiem wygląda następująco:
| |
| | |
| # hipoteza jest prawdziwa dla <math>n=1</math> na podstawie podstawy indukcji,
| |
| | |
| # hipoteza jest prawdziwa dla <math>n=2</math>, ponieważ jest prawdziwa dla <math>1</math>
| |
| i po zastosowaniu kroku indukcyjnego również dla <math>2</math>,
| |
| | |
| # hipoteza jest prawdziwa dla <math>n=3</math>; w poprzednim punkcie pokazaliśmy,
| |
| że jest prawdziwa dla <math>2</math> i na podstawie kroku indukcyjnego jest również
| |
| prawdziwa <math>3</math>
| |
| | |
| # i tak dalej.
| |
| | |
| Zasadę indukcji matematycznej można porównać do domina. Aby mieć
| |
| pewność że przewrócone zostaną wszystkie klocki wystarczy wykazać,
| |
| że przewrócony zostanie pierwszy klocek i że każdy klocek pociąga
| |
| za sobą następny. {obra}{1}{Obrazek {section}.{obra}}nieskończone domino ponumerowanych
| |
| liczbami naturalnymi klocków w trakcie przewracania
| |
| | |
| Dowód indukcyjny przedstawiony przez Francesco Maurolico pokazuje, że suma
| |
| pierwszych <math>n</math> liczb nieparzystych jest równa <math>n^2</math>.
| |
| | |
| * Jeśli <math>n=1</math> to pierwsza liczba nieparzysta <math>1</math> jest równa <math>1^2</math>.
| |
| | |
| * Jeśli hipoteza jest prawdą dla <math>n</math>, to znaczy że suma pierwszych <math>n</math>
| |
| liczb nieparzystych równa się <math>n^2</math>. Bardziej formalnie
| |
| | |
| <center><math>
| |
| 1+3+\dotsb+(2n-1) = n^2.
| |
| </math></center>
| |
| | |
| tak więc suma pierwszych <math>n+1</math> liczb nieparzystych
| |
| <math>1+3+\dotsb+(2n-1)+(2(n+1)-1)</math>, przy użyciu założenia powyżej może
| |
| być zapisana jako
| |
| | |
| <center><math>
| |
| 1+3+\dotsb+(2n-1)+(2(n+1)-1) = n^2 +(2(n+1)-1)= n^2+2n+1=
| |
| {(n+1)}^2.
| |
| </math></center>
| |
| | |
| Krok indukcyjny został dowiedziony.
| |
| | |
| {cwicz}{1}
| |
| {hint}{0}
| |
| {Æwiczenie {section}.{cwicz}}
| |
| | |
| Wykaż, że suma pierwszych <math>n</math> liczb naturalnych jest równa
| |
| <math>\frac{1}{2}n(n+1)</math>.
| |
| ; Solution.
| |
| : Aby udowodnić wzór na sumę <math>n</math>
| |
| pierwszych liczb naturalnych posłużymy się indukcją.
| |
| | |
| :* Dla <math>n=1</math> mamy <math>\frac{1}{2}\cdot 1\cdot 2 = 1</math>.
| |
| | |
| :* Zakładamy, że wzór jest prawdziwy dla <math>n</math>. W związku z tym do sumy
| |
| | |
| <center><math>
| |
| 1+2+\dotsb+n+(n+1) =
| |
| </math></center>
| |
| | |
| stosujemy założenie indukcyjne
| |
| | |
| <center><math>
| |
| (1+2+\dotsb+n ) +(n+1) = \frac{1}{2}n(n+1) + (n+1) =
| |
| </math></center>
| |
| | |
| i po paru prostych przekształceniach otrzymujemy
| |
| | |
| <center><math>
| |
| = \frac{1}{2}n(n+1) +\frac{1}{2}2(n+1) = \frac{1}{2}(n+1)(n+2)
| |
| </math></center>
| |
| | |
| co dowodzi kroku indukcyjnego.
| |
| | |
| Na zasadzie indukcji matematycznej dowiedliśmy wzór na sumę <math>n</math>
| |
| pierwszych liczb naturalnych.
| |
| | |
| {Koniec æwiczenia {section}.{cwicz}}
| |
| | |
| {cwicz}{1}
| |
| {hint}{0}
| |
| {Æwiczenie {section}.{cwicz}}
| |
| Wykaż, że suma kwadratów pierwszych <math>n</math> liczb
| |
| naturalnych jest równa <math>\frac{1}{6}n(n+1)(2n+1)</math>.
| |
| ; Solution.
| |
| : Aby
| |
| wykazać prawdziwość wzoru powyżej postępujemy jak
| |
| w poprzednim zadaniu.
| |
| | |
| :* Dla <math>n=1</math> mamy <math>\frac{1}{6}\cdot 1\cdot 2\cdot 3 = 1</math> co dowodzi
| |
| podstawy indukcji.
| |
| | |
| :* Zakładamy że wzór jest prawdziwy dla <math>n</math> to jest, że
| |
| | |
| <center><math>
| |
| 1^2+2^2+\dotsb+n^2 = \frac{1}{6}n(n+1)(2n+1).
| |
| </math></center>
| |
| | |
| Korzystając z tego faktu przekształcamy
| |
| | |
| <center><math>
| |
| 1^2+2^2+\dotsb+n^2 + {(n+1)}^2= \frac{1}{6}n(n+1)(2n+1) +
| |
| {(n+1)}^2 =
| |
| </math></center>
| |
| | |
| i dalej do
| |
| | |
| <center><math>
| |
| \frac{1}{6}(n+1)\left(n(2n+1)+6(n+1)\right)=\frac{1}{6}(n+1)(2n^2+7n+6)=
| |
| \frac{1}{6}(n+1)(n+2)(2(n+1)+1)
| |
| </math></center>
| |
| | |
| co dowodzi kroku indukcyjnego.
| |
| | |
| Podobnie jak w poprzednim przykładzie zasada indukcji
| |
| matematycznej gwarantuje, że wzór jest prawdziwy dla wszystkich
| |
| liczb naturalnych.
| |
| | |
| {Koniec æwiczenia {section}.{cwicz}}
| |
| | |
| {cwicz}{1}
| |
| {hint}{0}
| |
| {Æwiczenie {section}.{cwicz}}
| |
| | |
| Wykaż, że dla <math>n\geq 1</math> zachodzi <math>4|3^{2n-1}+1</math>.
| |
| ; Solution.
| |
| : Jak
| |
| poprzednio stosujemy zasadę indukcji matematycznej.
| |
| | |
| :* Dla <math>n=1</math> mamy <math>3^{2n-1} + 1 = 3^1 +1 = 4</math> jest podzielne przez <math>4</math>.
| |
| | |
| :* Zakładamy że podzielność zachodzi dla <math>n</math>.
| |
| Pokażemy że <math>3^{2(n+1)-1}+1</math> jest podzielne przez <math>4</math>. Przekształcamy
| |
| | |
| <center><math>
| |
| 3^{2(n+1)-1}+1 = 3^{2n-1+2} + 1 = 9\cdot 3^{2n-1} + 1=
| |
| </math></center>
| |
| | |
| wprowadzamy sztuczny czynnik
| |
| | |
| <center><math>
| |
| =9\cdot (3^{2n-1} +1 -1) + 1 = 9\cdot (3^{2n-1} +1 -1) + 1 =
| |
| 9\cdot (3^{2n-1} +1) -9 + 1 = 9\cdot (3^{2n-1} +1) -8.
| |
| </math></center>
| |
| | |
| Zarówno <math>(3^{2n+1} +1)</math> (na mocy założenia indukcyjnego) jak i <math>8</math>
| |
| są podzielne przez <math>4</math>, a wiec ich różnica również. W ten sposób
| |
| udowodniliśmy krok indukcyjny.
| |
| | |
| {Koniec æwiczenia {section}.{cwicz}}
| |
| | |
| Często bardzo niepraktyczne jest używanie indukcji w jej
| |
| podstawowej formie. Używa się wtedy indukcji, która w pierwszym
| |
| kroku nie zaczyna się od <math>n=1</math>, ale <math>n=0</math>, <math>n=2</math> lub dowolnej
| |
| innej liczby naturalnej. W takim przypadku drugi krok indukcyjny
| |
| nie musi działać dla wszystkich <math>n</math> a wystarczy by działał dla <math>n</math>
| |
| większych lub równych od liczby którą wybraliśmy w pierwszym
| |
| kroku. Końcowy dowód indukcyjny pokaże, że dana hipoteza nie jest
| |
| prawdziwa dla wszystkich liczb naturalnych, a jedynie dla liczb
| |
| większych od tej wybranej na pierwszy krok indukcyjny.
| |
| | |
| Jako przykład pokażemy, że <math>n!>2^n</math>. Po pierwsze nierówność ta nie
| |
| zachodzi dla <math>1,2,3</math>, więc nie można rozpocząć kroku indukcyjnego
| |
| od <math>n=1</math>. Indukcja będzie wyglądać następująco.
| |
| | |
| * Hipoteza jest prawdą dla <math>n=4</math>, ponieważ <math>4!=24>16=2^4</math>.
| |
| | |
| * Jeśli hipoteza jest prawdą dla <math>n</math> i jeśli <math>n\geq 4</math> to
| |
| | |
| <center><math>
| |
| (n+1)!= n!\cdot (n+1)>2^n\cdot(n+1)>2^{n+1}
| |
| </math></center>
| |
| | |
| gdzie pierwsza nierówność pochodzi z założenia indukcyjnego, a
| |
| druga z faktu, że dowodzimy krok indukcyjny dla liczb większych
| |
| niż <math>4</math>.
| |
| | |
| {cwicz}{1}
| |
| {hint}{0}
| |
| {Æwiczenie {section}.{cwicz}}
| |
| W tym ćwiczeniu dowodzimy wariant nierówności Bernoulliego. Dla dowolnego <math>x</math> takiego, że <math>x> -1</math> i <math>x\neq 0</math> i dla dowolnego <math>n\geq 2</math> zachodzi <math>{(1+x)}^n> 1+nx</math>.
| |
| | |
| ; Solution.
| |
| : Rozwiązanie:
| |
| | |
| :* Nierówność ostra nie jest prawdą dla <math>n=0</math>, ani dla
| |
| <math>n=1</math>. Krok indukcyjny zaczniemy od <math>2</math>. Wtedy
| |
| <math>{(1+x)}^2=1+2x+x^2>1+2x</math>, gdzie ostatnia nierówność bierze
| |
| się z faktu, że <math>x\neq 0</math>.
| |
| | |
| :* Zakładamy teraz, że nierówność jest prawdziwa dla <math>n</math>, czyli, że dla dowolnego <math>x</math> takiego, że <math>0\neq x> -1</math> mamy
| |
| | |
| <center><math>
| |
| {(1+x)}^n> 1+nx.
| |
| </math></center>
| |
| | |
| Przekształcając nierówność dla <math>n+1</math> otrzymujemy
| |
| | |
| <center><math>
| |
| {(1+x)}^{(n+1)}={(1+x)}^n(1+x)>(1+nx)(1+x)=1+(n+1)x +x^2\geq
| |
| 1+(n+1)x,
| |
| </math></center>
| |
| | |
| gdzie otrzymujemy ostrą nierówność dzięki założeniu indukcyjnemu i
| |
| faktowi, że <math>x\neq -1</math>. W ten sposób krok indukcyjny został
| |
| udowodniony.
| |
| | |
| {Koniec æwiczenia {section}.{cwicz}}
| |
| | |
| {cwicz}{1}
| |
| {hint}{0}
| |
| {Æwiczenie {section}.{cwicz}}
| |
| | |
| Liczby Fibonacciego zdefiniowane są następująco
| |
| | |
| <center><math>
| |
| f_1=1, f_2=1 </math> oraz <math> f_i=f_{i-2}+f_{i-1} </math> dla <math> i>3.
| |
| </math></center>
| |
| | |
| Udowodnij, że dla dowolnego <math>n\geq 2</math> liczby <math>f_n</math> i <math>f_{n-1}</math> są
| |
| względnie pierwsze.
| |
| ; Solution.
| |
| : Dowód przez indukcję matematyczną
| |
| | |
| :* Twierdzenie jest prawdą dla <math>n=2</math> ponieważ <math>f_2</math> i <math>f_1</math> są
| |
| względnie pierwsze.
| |
| | |
| :* Zakładamy że twierdzenie jest prawdą dla <math>n</math>. Rozpatrzmy wspólny
| |
| dzielnik liczb <math>f_{n+1}</math> i <math>f_n</math> i oznaczmy go przez <math>k</math>. Jeśli <math>k</math>
| |
| dzieli <math>f_{n+1}</math> i równocześnie <math>f_n</math> to <math>k | f_{n+1}-f_n</math>. Korzystając z
| |
| definicji liczb Fibbonaciego otrzymujemy
| |
| <math>f_{n+1}-f_n=f_n+f_{n-1}-f_n=f_{n-1}</math>.
| |
| W związku z czym <math>k</math> jest wspólnym dzielnikiem liczb <math>f_n</math> i <math>f_{n-1}</math>,
| |
| więc na mocy założenia indukcyjnego mówiącego, że liczby te są względnie
| |
| pierwsze, jest równy <math>1</math>. Pokazaliśmy,
| |
| że każdy wspólny dzielnik <math>f_{n+1}</math> i <math>f_n</math> jest równy <math>1</math>, a więc liczby
| |
| te są względnie pierwsze. Krok indukcyjny został pokazany.
| |
| | |
| {Koniec æwiczenia {section}.{cwicz}}
| |
| | |
| Kolejnym uogólnieniem zasady indukcji matematycznej jest indukcja,
| |
| w której w drugi kroku indukcyjnym zakładamy, że hipoteza jest
| |
| prawdą dla wszystkich liczb mniejszych niż <math>n</math> i dowodzimy, że
| |
| jest również prawdziwa dla <math>n+1</math>.
| |
| | |
| Jako przykład udowodnimy, że każda liczba naturalna większa niż
| |
| <math>2</math> jest produktem jednej, lub więcej liczb pierwszych.
| |
| | |
| * Hipoteza jest prawdą dla <math>n=2</math> ponieważ <math>2</math> jest liczbą pierwszą.
| |
| | |
| * Zakładamy że hipoteza jest prawdziwa dla liczb od <math>2</math> do
| |
| <math>n</math>. Weźmy liczbę <math>n+1</math>, jeśli <math>n+1</math> jest liczbą pierwszą, to
| |
| hipoteza jest udowodniona. Jeśli <math>n+1</math> nie jest liczbą
| |
| pierwszą, to <math>n+1=k\cdot l</math> gdzie <math>2\leq k,l\leq n</math>. Założenie
| |
| indukcyjne gwarantuje, że
| |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| k=p_1\cdot p_2\cdot\dotsb\cdot p_i </math> i <math> l=q_1\cdot
| |
| q_2\cdot\dotsb\cdot q_j
| |
| </math></center>
| |
|
| |
| gdzie <math>p_1,\dotsc,p_i,q_1,\dotsc,q_j</math> są liczbami pierwszymi. W
| |
| związku z tym
| |
|
| |
| <center><math>
| |
| n+1=p_1\cdot p_2\cdot\dotsb\cdot p_i\cdot q_1\cdot
| |
| q_2\cdot\dotsb\cdot q_j
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| i krok indukcyjny jest udowodniony.
| |
|
| |
|
| {cwicz}{1} | | {| border=1 |
| {hint}{0}
| | |+ <span style="font-variant:small-caps">Uzupelnij tytul</span> |
| {Æwiczenie {section}.{cwicz}} | | |- |
| Udowodnij, że każda liczba naturalna większa niż
| | | |
| <math>1</math> może być przedstawiona jako suma liczb Fibonacciego tak, że | | || |
| żadna liczba nie występuje w tej sumie więcej niż raz.
| | <math>s_{0} </math> || |
| ; Solution.
| | <math>s_{1} </math> || |
| : Przedstawimy dowód przez indukcję.
| | <math>s_{2} </math> |
| | |- |
| | | |
|
| |
|
| :* Dla <math>n=1</math> mamy <math>f_2=1</math>.
| | <math>\tau _{\mathcal{A}}(1) </math> || |
| | <math>s_{0} </math> || |
| | <math>s_{1} </math> || |
| | <math>s_{2} </math> |
| | |- |
| | | |
| | <math>\tau _{\mathcal{A}}(a) </math> || |
| | <math>s_{1} </math> || |
| | <math>s_{2} </math> || |
| | <math>s_{2} </math> |
| | |- |
| | | |
| | <math>\tau _{\mathcal{A}}(b) </math> || |
| | <math>s_{0} </math> || |
| | <math>s_{0} </math> || |
| | <math>s_{0} </math> |
| | |- |
| | | |
| | <math>\tau _{\mathcal{A}}(a^{2}) </math> || |
| | <math>s_{2} </math> || |
| | <math>s_{2} </math> || |
| | <math>s_{2} </math> |
| | |- |
| | | |
| | <math>\tau _{\mathcal{A}}(ab) </math> || |
| | <math>s_{0} </math> || |
| | <math>s_{0} </math> || |
| | <math>s_{2} </math> |
| | |- |
| | | |
| | <math>\tau _{\mathcal{A}}(ba) </math> || |
| | <math>s_{1} </math> || |
| | <math>s_{1} </math> || |
| | <math>s_{1} </math> |
| | |- |
| | | |
| | <math>\tau _{\mathcal{A}}(b^{2}) </math> || |
| | <math>s_{0} </math> || |
| | <math>s_{0} </math> || |
| | <math>s_{0} </math> |
| | |- |
| | | |
| | <math>\tau _{\mathcal{A}}(aba) </math> || |
| | <math>s_{1} </math> || |
| | <math>s_{1} </math> || |
| | <math>s_{2} </math> |
| | |- |
| | | |
| | ... || |
| | ... || |
| | ... || |
| | ... |
| | |- |
| | | |
|
| |
|
| :* Zakładamy że każda liczba mniejsza lub równa <math>n</math> może być
| | |} |
| przedstawiona w sposób opisany powyżej. Jeśli liczba <math>n+1</math> jest
| |
| liczbą Fibonacciego to krok indukcyjny jest już dowiedziony, jeśli
| |
| nie to znajdujemy największą liczbę Fibonacciego mniejszą od <math>n+1</math>
| |
| -- oznaczmy tą liczbę <math>f_k</math>. Liczba <math>n+1-f_k</math> jest mniejsza niż
| |
| <math>n</math> więc, na mocy założenia indukcyjnego, posiada reprezentację
| |
| jako suma liczb Fibonacciego
| |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| n+1-f_k=f_{l_0}+\dotsb+f_{l_i}
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| tak, że każda z liczb w tej reprezentacji występuje co najwyżej
| | <math> |
| raz. Oczywiście
| | \begin{array}{lll} |
| | \text{b) } \lim_{x\rightarrow 2^+} (x-2)e^{\frac{1}{x-2}}&=&\lim_{x\rightarrow |
| | 2^+} \frac{e^{\frac{1}{x-2}}}{(x-2)^{-1}}\begin{array} {c}\left[\frac{\infty}{\infty}\right]\\=\\H\end{array} |
| | \lim_{x\rightarrow 2^+} |
| | \frac{-(x-2)^{-2}e^{\frac{1}{x-2}}}{-(x-2)^{-2}}=\\ |
| | &=&\lim_{x\rightarrow 2^+} e^{\frac{1}{x-2}}=+\infty; |
| | \end{array} |
| | </math><br> |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| n+1 = f_k+f_{l_0}+\dotsb+f_{l_i}
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| i pozostaje wykazać, że <math>f_k</math> nie występuje pośród liczb
| | alalalalaa |
| <math>f_{l_0},\dotsc,f_{l_i}</math>. Skoro <math>f_k</math> było największą liczbą
| |
| Fibonacciego mniejszą niż <math>n+1</math> to <math>f_{k+1}>n+1</math> a więc
| |
| <math>f_{k-1}=f_{k+1}-f_k>n+1-f_k</math>. W związku z tym liczby
| |
| <math>f_{l_0},\dotsc,f_{l_i}</math> są silnie mniejsze niż <math>f_{k-1}</math> i żadna
| |
| z nich nie może być równa <math>f_k</math>. W ten sposób krok indukcyjny
| |
| został dowiedziony.
| |
|
| |
|
| {Koniec æwiczenia {section}.{cwicz}}
| | alala |
|
| |
|
| {cwicz}{1} | | {| border="1" cellspacing="0" |
| {hint}{0}
| | ! !! Złożoność czasowa !! Złożoność pamięciowa |
| {Æwiczenie {section}.{cwicz}}
| | |- |
| | ! Maszyna dodająca || <math>f(0) = 1</math><br/><math>f(1) = 3</math><br/><math>f(n) = n+3; n\geq2</math> || <math>f(0) = 2</math><br/><math>f(1) = 3</math><br/><math>f(n) = n+1; n\geq2</math> |
| | |- |
| | ! Maszyna rozpoznająca <math>ww^\leftarrow</math> || <math>f(n) = 6 + 8 + \ldots + (n+3) + 2 ; n=2k+1</math><br/><math>f(n) = 5 + 7 + \ldots + (n+3) + 1 ; n=2k</math> || <math>f(n) = n+1</math> |
| | |} |
|
| |
|
| Znajdź błąd w poniższym dowodzie indukcyjnym. Dowodzimy
| |
| indukcyjnie twierdzenia, że wszystkie liczby są parzyste.
| |
|
| |
|
| * Twierdzenie jest prawdą dla <math>n=0</math> ponieważ <math>0</math> jest liczbą parzystą.
| | {| border="1" |
| | ! <math>\Rightarrow</math>!! 0!! 1!! ...!! ... |
| | |- |
| | | Cell1|| Cell2 |
| | |} |
|
| |
|
| * Zakładamy, że twierdzenie jest prawdą dla wszystkich liczb
| |
| mniejszych lub równych <math>n</math>. Liczba <math>n+1</math> jest niewątpliwie sumą
| |
| dwóch liczb silnie mniejszych od siebie <math>n+1=k+l</math>. Liczby <math>k</math> i
| |
| <math>l</math>, na podstawie założenia indukcyjnego, są parzyste, zatem ich
| |
| suma równa <math>n+1</math> jest parzysta. Krok indukcyjny został
| |
| dowiedziony.
| |
|
| |
|
| Na zasadzie indukcji matematycznej wszystkie liczby są parzyste.
| | {| border="1" cellspacing="0" |
| | ! <math>\Rightarrow</math>!! 0!! 1!! |
| | |- |
| | | 0 || 1 || 1 |
| | |- |
| | | 1 || 0 || 1 |
| | |} |
|
| |
|
| ; Solution.
| |
| : Dowód indukcyjny jest niepoprawny. Krok indukcyjny nie
| |
| działa dla wszystkich <math>n</math> większych lub równych od <math>0</math> -- które
| |
| jest podstawą indukcji. Jeśli <math>n=0</math>, to <math>n+1=1</math> i nie jesteśmy w
| |
| stanie rozbić liczby <math>1</math> na sumę dwóch liczb istotnie mniejszych
| |
| od niej samej.
| |
|
| |
|
| {Koniec æwiczenia {section}.{cwicz}} | | {| border="1" cellspacing="0" |
| | ! <math>p</math>!! <math>\neg p</math> |
| | |- |
| | | 0 || 1 || |
| | |- |
| | | 1 || 0 || |
| | |} |
|
| |
|
| {cwicz}{1}
| |
| {hint}{0}
| |
| {Æwiczenie {section}.{cwicz}}
| |
|
| |
|
| W trójwymiarowej przestrzeni znajduje się <math>n</math> punktów. Ilość
| | {| border="1" cellspacing="0" |
| punktów w rzutowaniu na płaszczyznę <math>O_x, O_y</math> oznaczamy przez
| | ! <math>\wedge</math>!! 0!! 1!! |
| <math>n_{xy}</math>. Podobnie ilość punktów w rzutowaniu na <math>O_x, O_z</math> przez
| | |- |
| <math>n_{xz}</math> i ilość punktów w rzutowaniu na <math>O_y, O_z</math> przez
| | | 0 || 0 || 0 |
| <math>n_{yz}</math>. Wykaż, że dla dowolnego rozkładu punktów w przestrzeni
| | |- |
| zachodzi nierówność
| | | 1 || 0 || 1 |
| | |} |
|
| |
|
| <center><math>
| | {| border="1" cellspacing="0" |
| n^2\leq n_{xy}n_{xz}n_{yz}.
| | ! <math>\vee</math>!! 0!! 1!! |
| </math></center> | | |- |
| | | 0 || 0 || 1 |
| | |- |
| | | 1 || 1 || 1 |
| | |} |
|
| |
|
| {hint}{1} | | {| border="1" |
| ; Hint . | | ! <math>\text{p}</math>!! <math>\text{q}</math>!! <math>\text{p} \wedge \text{q}</math>!! <math>\neg( p \wedge q)</math>!! <math>\neg p</math>!! <math>\neg q</math>!! <math>\neg p \vee \neg q</math> |
| : Użyj nierówności pomiędzy średnią geometryczną, a
| | |- |
| średnią arytmetyczną
| | | 0 || 0 || 0|| 1|| 1|| 1|| 1 |
| | |- |
| | | 0 || 1 || 0|| 1|| 1|| 0|| 1 |
| | |- |
| | | 1 || 0 || 0|| 1|| 0|| 1|| 1 |
| | |- |
| | | 1 || 1 || 1|| 0|| 0|| 0|| 0 |
| | |} |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| \frac{1}{2}(a+b)\geq \sqrt{ab}.
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| {hint}{1} | | {| border="1" |
| ; Hint .
| | ! <math>\text{p}</math>!! <math>\text{q}</math>!! <math>\text{r}</math>!!<math>(\text{p} \wedge \text{q})</math>!! <math>( p \wedge r)</math>!! <math>( q \wedge \neg r)</math>!! <math>(p \wedge r) \vee (q \wedge \neg r)</math>!! <math>(p \wedge q) \Rightarrow ((p \wedge r) \vee (q \wedge \neg r))</math> |
| : Podziel punkty na dwie grupy płaszczyzną równoległą do
| | |- |
| którejś z płaszczyzn <math>O_x, O_y</math>, <math>O_x, O_z</math> lub <math>O_y, O_z</math>.
| | | 0|| 0|| 0|| 0|| 0|| 0|| 0|| 1 |
| ; Solution.
| | |- |
| : Dowiedziemy nierówność przy użyciu indukcji.
| | | 0|| 0|| 1|| 0|| 0|| 0|| 0|| 1 |
| | |- |
| | | 0|| 1|| 0|| 0|| 0|| 1|| 1|| 1 |
| | |- |
| | | 0|| 1|| 1|| 0|| 0|| 0|| 0|| 1 |
| | |- |
| | | 1|| 0|| 0|| 0|| 0|| 0|| 0|| 1 |
| | |- |
| | | 1|| 0|| 1|| 0|| 1|| 0|| 1|| 1 |
| | |- |
| | | 1|| 1|| 0|| 1|| 0|| 1|| 1|| 1 |
| | |- |
| | | 1|| 1|| 1|| 1|| 1|| 0|| 1|| 1 |
| | |} |
|
| |
|
| :* Jeśli <math>n=1</math> to <math>n_{xy}=n_{xz}=n_{yz}=1</math> i nierówność jest prawdziwa.
| |
|
| |
|
| :* Zakładamy, że nierówność jest prawdziwa dla wszystkich liczb
| | {| border="1" |
| naturalnych (dla dowolnego układu punktów) mniejszych niż <math>n+1</math>.
| | ! Numer<br/>funkcji!! <math>p=0</math><br/><math>q=0</math>!! <math>p=0</math><br/><math>{q=1}</math>!!<math>p=1</math><br/><math>q=0</math>!! <math>p=1</math><br/><math>{q=1}</math>!! !! |
| Rozpoczynamy z dowolnym układem <math>n+1</math> punktów w przestrzeni.
| | |- |
| Ponieważ <math>n+1>1</math> wiemy, że istnieje płaszczyzna równoległa do
| | | 0|| 0|| 0|| 0|| 0|| || <math>F</math> |
| którejś z płaszczyzn <math>O_x, O_y</math>, <math>O_x, O_z</math> lub <math>O_y, O_z</math> i
| | |- |
| dzieląca <math>n+1</math> punktów na dwie niepuste części posiadające
| | | 1|| 0|| 0|| 0|| 1|| || <math>\wedge</math> |
| odpowiednio <math>n'</math> i <math>n''</math> punktów. Ponieważ nasz układ jest bardzo
| | |- |
| symetryczny możemy założyć że nasza płaszczyzna jest równoległa do
| | | 2|| 0|| 0|| 1|| 0|| || <math>\neg (p \Rightarrow q)</math> |
| płaszczyzny <math>O_x, O_y</math>. Stosując założenie indukcyjne do każdej z
| | |- |
| części otrzymujemy
| | | 3|| 0|| 0|| 1|| 1|| || <math>\text{p}</math> |
| | |- |
| | | 4|| 0|| 1|| 0|| 0|| || <math>\neg (q \Rightarrow p)</math> |
| | |- |
| | | 5|| 0|| 1|| 0|| 1|| || <math>\text{q}</math> |
| | |- |
| | | 6|| 0|| 1|| 1|| 0|| || <math>XOR</math> |
| | |- |
| | | 7|| 0|| 1|| 1|| 1|| || <math>\vee</math> |
| | |- |
| | | 8|| 1|| 0|| 0|| 0|| || <math>NOR</math> |
| | |- |
| | | 9|| 1|| 0|| 0|| 1|| || <math>\Leftrightarrow</math> |
| | |- |
| | | 10|| 1|| 0|| 1|| 0|| || <math>\neg q</math> |
| | |- |
| | | 11|| 1|| 0|| 1|| 1|| || <math>q \Rightarrow p</math> |
| | |- |
| | | 12|| 1|| 1|| 0|| 0|| || <math>\neg p</math> |
| | |- |
| | | 13|| 1|| 1|| 0|| 1|| || <math>p \Rightarrow q</math> |
| | |- |
| | | 14|| 1|| 1|| 1|| 0|| || <math>NAND</math> |
| | |- |
| | | 15|| 1|| 1|| 1|| 1|| || <math>T</math> |
| | |} |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| {n'}^2\leq n'_{xy}n'_{xz}n'_{yz}
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| oraz
| | {| border="1" |
| | ! <math>\text{p}</math>!! <math>\text{q}</math>!! <math>\text{r}</math>!!<math>(p \leftrightarrow q)</math>!! <math>(p \leftrightarrow q) \leftrightarrow r</math>!! <math>(q \leftrightarrow r)</math>!! <math>p \leftrightarrow (q \leftrightarrow r)</math> |
| | |- |
| | | 0|| 0|| 0|| 1|| 0|| 1|| 0 |
| | |- |
| | | 0|| 0|| 1|| 1|| 1|| 0|| 1 |
| | |- |
| | | 0|| 1|| 0|| 0|| 1|| 0|| 1 |
| | |- |
| | | 0|| 1|| 1|| 0|| 0|| 1|| 0 |
| | |- |
| | | 1|| 0|| 0|| 0|| 1|| 1|| 1 |
| | |- |
| | | 1|| 0|| 1|| 0|| 0|| 0|| 0 |
| | |- |
| | | 1|| 1|| 0|| 1|| 0|| 0|| 0 |
| | |- |
| | | 1|| 1|| 1|| 1|| 1|| 1|| 1 |
| | |} |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| {n''}^2\leq n''_{xy}n''_{xz}n''_{yz}.
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| Co więcej, pomiędzy projekcjami zachodzą następujące zależności
| | {| border="1" |
| | ! <math>\text{p}</math>!! <math>\text{q}</math>!! <math>\text{r}</math>!!<math>\circ (p, q, r)</math> |
| | |- |
| | | 0|| 0|| 0|| 0 |
| | |- |
| | | 0|| 0|| 1|| 1 |
| | |- |
| | | 0|| 1|| 0|| 1 |
| | |- |
| | | 0|| 1|| 1|| 0 |
| | |- |
| | | 1|| 0|| 0|| 1 |
| | |- |
| | | 1|| 0|| 1|| 0 |
| | |- |
| | | 1|| 1|| 0|| 0 |
| | |- |
| | | 1|| 1|| 1|| 1 |
| | |} |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| n'_{xz}+n''_{xz}=n_{xz} </math> oraz <math> n'_{yz}+n''_{yz}=n_{yz}.
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| Dla płaszczyzny <math>O_x, O_y</math> nie posiadamy podziału na część punktów
| | {| border="1" |
| należących do <math>n'</math> i <math>n''</math> i możemy jedynie wnioskować, że
| | ! <math>\text{p}</math>!! <math>\text{q}</math>!! <math>\text{r}</math>!!<math>f_{p \rightarrow _(q \rightarrow r)}</math> |
| | |- |
| | | 0|| 0|| 0|| 1 |
| | |- |
| | | 0|| 0|| 1|| 1 |
| | |- |
| | | 0|| 1|| 0|| 1 |
| | |- |
| | | 0|| 1|| 1|| 1 |
| | |- |
| | | 1|| 0|| 0|| 1 |
| | |- |
| | | 1|| 0|| 1|| 1 |
| | |- |
| | | 1|| 1|| 0|| 0 |
| | |- |
| | | 1|| 1|| 1|| 1 |
| | |} |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| n'_{xy}\leq n_{xy} </math> oraz <math> n''_{xy}\leq n_{xy}.
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| Zaczynamy przekształcenia mające udowodnić pożądaną nierówność
| | {| border="1" cellspacing="0" |
| | ! <math>\Rightarrow</math>!! 0!! 1!! 2!! |
| | |- |
| | | 0 || 2 || 2 || 2 |
| | |- |
| | | 1 || 0 || 2 || 2 |
| | |- |
| | | 2 || 0 || 1 || 2 |
| | |} |
|
| |
|
| <center><math>
| | <math>\hat{\sigma}(f(t_0,..,t_n))= I(f)(\hat{\sigma}(t_0),..,\hat{\sigma}(t_n))</math> |
| \beginsplit | |
| n^2& ={(n'+n'')}^2={(n')}^2+2n'n'' + {(n'')}^2\leq {(n')}^2+2\sqrt{{(n')}^2}\sqrt{{(n'')}^2} + {(n'')}^2\leq \\
| |
| & \leq n'_{xy}n'_{xz}n'_{yz} +2\sqrt{n'_{xy}n'_{xz}n'_{yz}}\sqrt{n''_{xy}n''_{xz}n''_{yz}}+n''_{xy}n''_{xz}n''_{yz} \leq\\
| |
| & \leq n_{xy}n'_{xz}n'_{yz} +2\sqrt{n_{xy}n'_{xz}n'_{yz}n_{xy}n''_{xz}n''_{yz}}+n_{xy}n''_{xz}n''_{yz} \leq \\
| |
| & \leq n_{xy}\left(n'_{xz}n'_{yz}
| |
| +2\sqrt{n'_{xz}n'_{yz}n''_{xz}n''_{yz}}+n''_{xz}n''_{yz}
| |
| \right)\endsplit
| |
| </math></center> | |
|
| |
|
| używając założenia indukcyjnego i nierówności pomiędzy projekcjami
| |
| na płaszczyznę <math>O_x, O_y</math>. Kontynuujemy używając nierówności
| |
| pomiędzy średnią algebraiczną i geometryczną
| |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| \beginsplit
| |
| n^2 & \leq n_{xy}\left(n'_{xz}n'_{yz} +2\sqrt{n'_{xz}n''_{xz}n'_{yz}n''_{yz}}+n''_{xz}n''_{yz}\right) \leq \\
| |
| & \leq n_{xy}\left(n'_{xz}n'_{yz} +2\frac{1}{2}(n'_{xz}n''_{xz} +n'_{yz}n''_{yz})+n''_{xz}n''_{yz}\right) = \\
| |
| & = n_{xy}\left(n'_{xz}n'_{yz} +n'_{xz}n''_{xz}
| |
| +n'_{yz}n''_{yz}+n''_{xz}n''_{yz}\right) = n_{xy}(n'_{xz} +
| |
| n''_{xz})(n'_{yz}+n''_{yz})
| |
| \endsplit
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| W ostatnim kroku wystarczy wykorzystać zależności pomiędzy
| | <center><math>X^*= \{1\}\cup X\cup X^2\cup ...\cup X^n \cup \ldots = \bigcup_{i=0}^\infty X^i</math></center> |
| projekcjami na pozostałe dwie współrzędne i
| |
|
| |
|
| <center><math>
| |
| n^2\leq n_{xy}(n'_{xz} + n''_{xz})(n'_{yz}+n''_{yz})=
| |
| n_{xy}n_{xz}n_{yz}.
| |
| </math></center>
| |
|
| |
|
| Krok indukcyjny został dowiedziony.
| |
|
| |
|
| Na podstawie zasady indukcji matematycznej twierdzenie jest
| |
| prawdziwe.
| |
|
| |
|
| {Koniec æwiczenia {section}.{cwicz}}
| |
|
| |
|
| {obra}{1}{Obrazek {section}.{obra}}Obrazek do powyższego ćwiczenia według załączonego skanu
| | ----------------------------------------------------------- |
|
| |
|
| Zasada indukcji matematycznej jest bardzo potężnym narzędziem.
| |
| Intuicyjnie wydaje się jasne, że dowody przeprowadzone przy jej
| |
| pomocy są poprawne. Niemniej jednak, żeby uzasadnić poprawność
| |
| samej zasady należy sięgnąć do teorii mnogości i definicji zbioru
| |
| liczb naturalnych. Wiemy już, że "naiwna teoria mnogości" nie daje
| |
| nam poprawnych zbiorów na których można oprzeć ścisłe rozumowanie.
| |
| W dalszej części wykładu wyprowadzimy zasadę indukcji
| |
| matematycznej w oparciu o aksjomaty i aksjomatycznie zdefiniowany
| |
| zbiór liczb naturalnych. Takie podejście gwarantuje nam poprawność
| |
| rozumowania -- podejście naiwne zapewnia intuicje niezbędne do
| |
| budowania poprawnych teorii.
| |
| =="Naiwne" dowody niewprost==
| |
|
| |
|
| Częstą metodą dowodzenia twierdzeń matematycznych jest dowodzenie
| |
| niewprost. Dowód niewprost polega na założeniu zaprzeczenia
| |
| twierdzenia, które chcemy udowodnić i doprowadzeniu do
| |
| sprzeczności. Wykazujemy, że jeśli twierdzenie nasze jest
| |
| nieprawdziwe, jesteśmy w stanie udowodnić jakąś tezę, która jest w
| |
| sposób oczywisty fałszywa.
| |
|
| |
|
| Jednym z najbardziej znanych dowodów niewprost jest dowód
| |
| istnienia nieskończenie wielu liczb pierwszych. Dowód ten został
| |
| zaproponowany przez Euclid of Alexandria a my prezentujemy go w wersji podanej
| |
| przez Ernst'a Kummera.
| |
|
| |
|
| {{twierdzenie|[Uzupelnij]||
| | Nagroda Goedla<br>[[Nagroda Goedla|Zobacz Nagroda Goedla]]]] |
|
| |
|
| Istnieje nieskończenie wiele liczb pierwszych.
| | Nagroda Turinga<br>[[Nagroda Turinga|Zobacz Nagroda Turinga]] |
| }}
| |
|
| |
|
| {{dowod|[Uzupelnij]||
| | Nagroda Knutha<br>[[Nagroda Knutha|Zobacz Nagroda Knutha]] |
|
| |
|
| Załóżmy że istnieje jedynie skończenie wiele liczb pierwszych
| |
| <math>p_0,\dotsc,p_n</math>. Zdefiniujmy liczbę
| |
|
| |
|
| <center><math> | | <center><math>g(C)=\begin{cases} C\cup \{f(C')\} C \end{cases} |
| k = p_0\cdot p_1\cdot\dotsb\cdot p_n
| |
| </math></center> | | </math></center> |
|
| |
|
| i rozważmy <math>k+1</math>. Liczba <math>k+1</math> posiada dzielnik pierwszy, a
| |
| ponieważ jedynymi pierwszymi liczbami są liczby <math>p_0,\dotsc,p_n</math>
| |
| wnioskujemy, że <math>p_i</math> dzieli <math>k+1</math> dla pewnego <math>i</math>. Liczba <math>p_i</math>
| |
| dzieli również <math>k</math>, a więc <math>p_i</math> dzieli <math>(k+1)-k=1</math> co jest
| |
| sprzecznością.
| |
| }}
| |
|
| |
| {cwicz}{1}
| |
| {hint}{0}
| |
| {Æwiczenie {section}.{cwicz}}
| |
| Wykaż, że nie istnieje największa liczba naturalna.
| |
|
| |
|
| ; Solution.
| | <math>g(C)=\left\{\begin{align} C\cup \{f(C')\}\\C\end{align} \right</math> |
| : Załóżmy, niewprost, że istnieje największa liczba
| |
| naturalna i oznaczmy ją przez <math>n</math>. Niewątpliwie <math>n+1</math> jest liczbą
| |
| naturalną większą od <math>n</math>, co jest sprzecznością z naszym
| |
| założeniem.
| |
|
| |
|
| {Koniec æwiczenia {section}.{cwicz}} | | <math>c\forall d\; c\in C \land d\in C \land c\sqsubseteq d\implies c\sqsubseteq' d, |
| | (C,\sqsubseteq) \preccurlyeq (C',\sqsubseteq') \iff C\subset C' \land \left\{\begin{align} \forall c \forall d\; &(c\in C\land d\in C) \implies (c\sqsubseteq d \iff c\sqsubseteq' d) \text{ oraz }\\ |
| | \forall c \forall d\; &(c\in C\land d\in C'\setminus C) \implies c\sqsubseteq' d \end{align} \right</math> |
|
| |
|
| {cwicz}{1}
| |
| {hint}{0}
| |
| {Æwiczenie {section}.{cwicz}}
| |
|
| |
|
| Wykaż, że <math>\sqrt{2}</math> jest liczbą niewymierną.
| | <math>h(0, a) = f(a)</math> dla każdego <math>a \in A \\h(n', a) = g(h(n, a), n, a)</math> dla każdego <math>a \in A</math> i <math>n \in \mathbb{N}</math> |
| ; Solution.
| |
| : Załóżmy,
| |
| niewprost, że <math>\sqrt{2}</math> jest liczbą wymierną, czyli, że istnieją
| |
| dwie naturalne, względnie pierwsze liczby <math>k</math> i <math>l</math> takie, że
| |
| <math>\sqrt{2}=k/l</math>. Przekształcając ostatnie wyrażenie otrzymujemy
| |
| <math>k^2=2l^2</math>. Skoro <math>2</math> dzieli lewą stronę równości dzieli też i
| |
| prawą, a ponieważ dwa jest liczbą pierwszą wnioskujemy, że <math>2</math>
| |
| dzieli <math>k</math>. Jeśli <math>2</math> dzieli <math>k</math> to <math>4</math> dzieli <math>k^2</math> i na
| |
| podstawie równości <math>4</math> dzieli <math>2l^2</math>. Wnioskujemy stąd, że <math>2</math>
| |
| dzieli <math>l^2</math> i, na podstawie pierwszości liczby <math>2</math>, że <math>2</math> dzieli
| |
| <math>l</math>. Udowodniliśmy, że <math>2</math> dzieli zarówno <math>k</math> jak i <math>l</math>, co jest
| |
| sprzecznością z założeniem, że liczby te są względnie pierwsze.
| |
|
| |
|
| {Koniec æwiczenia {section}.{cwicz}}
| |
|
| |
|
| Ścisłe uzasadnienie poprawności dowodów niewprost leży na gruncie
| | <math>e(0, a) = f(a)</math> dla każdego <math>a \in A \\ e(g(n, a), n, a)</math> dla każdego <math>a \in A</math> i <math>n \in m</math> |
| logiki, której poświęcony jest następny wykład.
| |