Föreläsningsanteckningar och övningar till logik mängdlära

Relevanta dokument
Föreläsningsanteckningar och övningar till logik mängdlära Boolesk algebra

MA2047 Algebra och diskret matematik

Utsagor (Propositioner) sammansatta utsagor sanningstabeller logisk ekvivalens predikat (öppna utsagor) kvantifierare Section

En bijektion mellan två mängder A och B som har ändligt antal element kan finnas endast om mängderna har samma antal element.

Föreläsning 8 i kursen Ma III, #IX1305, HT 07. (Fjärde föreläsningen av Bo Åhlander)

Övningshäfte 1: Logik och matematikens språk

Mängdlära. Kapitel Mängder

LMA033/LMA515. Fredrik Lindgren. 4 september 2013

(N) och mängden av heltal (Z); objekten i en mängd behöver dock inte vara tal. De objekt som ingår i en mängd kallas för mängdens element.

Övningshäfte 3: Funktioner och relationer

Sanningsvärdet av ett sammansatt påstående (sats, utsaga) beror av bindeord och sanningsvärden för ingående påståenden.

Begreppen "mängd" och "element" är grundläggande begrepp i matematiken.

En bijektion mellan två mängder A och B som har ändligt antal element kan endast finnas om mängderna har samma antal element.

Mängder och kardinalitet

A B A B A B S S S S S F F S F S F S F F F F

Begreppen "mängd" och "element" är grundläggande begrepp i matematiken.

Definitionsmängd, urbild, domän

7, Diskreta strukturer

Dagens teman. Mängdlära forts. Relationer och funktioner (AEE 1.2-3, AMII K1.2) Definition av de naturliga talen, Peanos axiom.

MATEMATIKENS SPRÅK. Avsnitt 1

ANDREAS REJBRAND NV3ANV Matematik Matematiskt språk

Grundidén är att våra intuitiva rationella tal (bråk) alltid kan fås som lösningar till ekvationer av typen α ξ = β, där α och β är tal Z och α 0.

MA2047 Algebra och diskret matematik

RELATIONER OCH FUNKTIONER

Algebra I, 1MA004. Lektionsplanering

Relationer. 1. Relationer. UPPSALA UNIVERSITET Matematiska institutionen Erik Melin. Specialkursen HT07 23 oktober 2007

7, Diskreta strukturer

Mängder, funktioner och naturliga tal

Logik och kontrollstrukturer

Mängder. 1 Mängder. Grunder i matematik och logik (2015) 1.1 Grundläggande begrepp. 1.2 Beskrivningar av mängder. Marco Kuhlmann

Filosofisk logik Kapitel 15. Robin Stenwall Lunds universitet

Explorativ övning 9 RELATIONER OCH FUNKTIONER

D. x 2 + y 2 ; E. Stockholm ligger i Sverige; F. Månen är en gul ost; G. 3 2 = 6; H. x 2 + y 2 = r 2.

ÄNDLIGT OCH OÄNDLIGT AVSNITT 4

Uppsala universitet Institutionen för lingvistik och filologi. Grundbegrepp: Mängder och element Delmängder

Definition 1 En funktion (eller avbildning ) från en mängd A till en mängd B är en regel som till några element i A ordnar högst ett element i B.

Sådana avbildningar kallar vi bijektioner mellan A och B (eller från A till B).

18 juni 2007, 240 minuter Inga hjälpmedel, förutom skrivmateriel. Betygsgränser: 15p. för Godkänd, 24p. för Väl Godkänd (av maximalt 36p.

Block 1 - Mängder och tal

I kursen i endimensionell analys är mängden av reella tal (eng. real number), R, fundamental.

Diofantiska ekvationer

Induktion, mängder och bevis för Introduktionskursen på I

EDA Digital och Datorteknik 2009/2010

MA 11. Hur starkt de binder. 2 Reella tal 3 Slutledning 4 Logik 5 Mängdlära 6-7 Talteori 8 Diofantiska ekvationer 9 Fördjupning och kryptografi

Övningshäfte 6: 2. Alla formler är inte oberoende av varandra. Försök att härleda ett par av de formler du fann ur några av de övriga.

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik I

Induktionsprincipen Starka induktionsprincipen Välordningsprincipen Divisionsalgoritmen

MS-A0409 Grundkurs i diskret matematik I

Lösning av tentamensskrivning i Diskret Matematik för CINTE och CMETE, SF1610, tisdagen den 27 maj 2014, kl

1 Suddig logik och gitter

Block 1 - Mängder och tal

Kap. 8 Relationer och funktioner

MATEMATIKENS SPRÅK. Syftet med denna övning är att med hjälp av logik lära oss att uttrycka matematik mer exakt, lära oss

Diskret matematik: Övningstentamen 1

EDA Digital och Datorteknik 2010/2011

MATEMATIKENS SPRÅK. Syftet med denna övning är att med hjälp av logik lära oss att uttrycka matematik mer exakt,

Tentamen i TDDC75 Diskreta strukturer , lösningsförslag

Lösningar för tenta i TMV200 Diskret matematik kl. 14:00 18:00

Formell logik Kapitel 3 och 4. Robin Stenwall Lunds universitet

Föreläsning 5: Kardinalitet. Funktioners tillväxt

LOGIK, MÄNGDER OCH FUNKTIONER

1.1. Fördjupning: Jämförelse av oändliga mängder

Lösningar till Algebra och kombinatorik

Övningshäfte 2: Induktion och rekursion

729G04: Inlämningsuppgift i Diskret matematik

Lösning till tentamensskrivning i Diskret Matematik för CINTE, CL2 och Media 1, SF1610 och 5B1118, onsdagen den 17 augusti 2011, kl

Kompletteringsmaterial. K2 Något om modeller, kompakthetssatsen

Lite om bevis i matematiken

Vad är det? Översikt. Innehåll. Vi behöver modeller!!! Kontinuerlig/diskret. Varför modeller??? Exempel. Statiska system

Switchnätsalgebra. Negation, ICKE NOT-grind (Inverterare) Konjunktion, OCH AND-grind. Disjunktion, ELLER OR-grind

Mängdlära. Författarna och Bokförlaget Borken, Mängdlära - 1

Modul 1 Mål och Sammanfattning

Peanos axiomsystem för de naturliga talen

Uppgifter i TDDC75: Diskreta strukturer Kapitel 8 Ordning och oändlighet

DD1350 Logik för dataloger. Fö 7 Predikatlogikens semantik

2 Matematisk grammatik

p /\ q r DD1350 Logik för dataloger Kort repetition Fö 3 Satslogikens semantik

Lösningar till utvalda uppgifter i kapitel 5

Algebra och Diskret Matematik A (svenska)

1 Föreläsning Implikationer, om och endast om

Föreläsning 5. Deduktion

Matematik 1c. address: URL: Daniel Bosk

Föreläsning 1: Tal, mängder och slutledningar

MITTUNIVERSITETET TFM. Modelltenta Algebra och Diskret Matematik. Skrivtid: 5 timmar. Datum: 1 oktober 2007

KTHs Matematiska Cirkel. Reella tal. Joakim Arnlind Tomas Ekholm Andreas Enblom

Matematik 5 Kap 2 Diskret matematik II

Föreläsning 1, Differentialkalkyl M0029M, Lp

KOMBINATORIK. Exempel 1. Motivera att det bland 11 naturliga tal finns minst två som slutar på samma

Tentamen i TDDC75 Diskreta strukturer

När du läser en definition bör du kontrollera att den är vettig, och försöka få en idé om vad den egentligen betyder. Betrakta följande exempel.

Digital- och datorteknik

Innehållsförteckning Inledning... 2 Vad är matematik... 3 Det matematiska språket... 4 Några begrepp ur mängdläran... 4

Matematik för språkteknologer

Relationer och funktioner

Filosofisk logik Kapitel 15 (forts.) Robin Stenwall Lunds universitet

Anteckningar i. Inledande Matematik

avbildning En avbildning är i matematiskt språk i regel detsamma som en funktion.

Elementär logik och mängdlära

Filosofisk Logik (FTEA21:4) föreläsningsanteckningar I. v. 2.0, den 24/4 2013

Hemuppgifter till fredagen den 16 september Exercises to Friday, September 16

Transkript:

Inledande matematisk analys tma970, 010, logik, mängdlära Föreläsningsanteckningar och övningar till logik mängdlära Dessa öreläsningsanteckningar kompletterar mycket kortattat kap 0 och appendix B i Persson/Böiers, Analys i en variabel, som gås igenom lv 1 (se även PB, analys i lera varaiabler, appendix A1; exempel och bevis genomgås på öreläsningen 1 SATSLOGIK Vi skall örsöka att skapa ett entydigt (vetenskapligt språk med hjälp av vardagssvenskan genom att inöra strängt deinierade termer (sk acktermer, grundbegrepp och "operatorer" ör att generera nya termer 11 UTSAGOR DEF En MATEMATISK UTSAGA är en utsaga som är antingen sann eller alsk ("tertium non datur" och vars sanningshalt kan avgöras på ett objektivt sätt [ "DEFINITION" är ett astslående vad ett visst begrepp skall betyda ] EX 1 Betrakta öljande uttryck: A: 1+ = 3 B : 1+ = 5 C : < 3 och D : det regnar E : 006 är ett stort tal F : skål F är ingen utsaga; A tom E är utsagor, men D och E är inte matematiska utsagor (sanningshalten kan ej avgöras objektivt; A, B, C är matematiska utsagor: A och C är sanna, B är alsk; vi accepterar här redan begrepp som 1,,3,5, +, =, < mm EX För varje reellt tal x är A ( x : x = 5 en matematisk utsaga, ty ör varje reellt tal x 5 kan det avgöras om A ( x är sann eller alsk, t ex är A ( alsk, A ( sann A ( x kallas "öppen utsaga" ty den innehåller en ri variabel x, som måste deklareras ("x reellt tal" inledande matematisk analys TMA970 1

Inledande matematisk analys tma970, 010, logik, mängdlära 1 LOGISKA OPERATORER Med hjälp av logiska operatorer kan vi bilda nya matematiska utsagor: symbol läs namn dvs: om P och Q är matematiska utsagor så skall och (and konjunktion även P Q, P Q, P, P Q och P Q eller (or disjunktion vara matematiska utsagor icke (not negation Vi deinierar dessa utsagor genom att ange medör implikation sanningsvärdet ör alla möjliga sanningsvärden ekvivalent ekvivalens på P och Q : Vi skriver 0 ör "alsk" resp 1 ör "sann": P Q P Q P Q P Q P Q P 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 Komplicerade utsagor kan ota örenklas med hjälp av regler ( ormler, dvs ersättas med ekvivalenta, enklare utsagor Två utsagor är ekvivalenta om de har samma sanningstabell (dvs samma sanningsvärde ör alla möjliga sanningsvärden av alla ingående utsagor: SATS För matematiska utsagor P, Q, R gäller: 1 ( P Q (( P Q ( Q P ( ( P P 3 ( P Q (( P Q 4 ( P Q (( Q ( P 5 P ( Q P 6 ( P ( Q R (( P Q ( P R a ( ( P Q (( P ( Q 7 (de Morgan b ( ( P Q (( P ( Q a ( P ( Q R (( P Q ( P R 8 (distributivitet b ( P ( Q R (( P Q ( P R inledande matematisk analys TMA970

Inledande matematisk analys tma970, 010, logik, mängdlära 13 EXEMPEL PÅ BEVIS A INDIREKT BEVIS Man visar att utsagan " P Q " är sann (P, Q matematiska utsagor genom att visa att den ekvivalenta utsagan " Q P " är sann EX 1 Visa att ör ett naturligt tal m gäller: Om m är delbart med 3 så är även m delbart med 3 B MOTSÄGELSEBEVIS Man visar att P är sann (P en matematisk utsaga genom att visa att ( P, en alsk utsaga P är alsk EX Visa att 3 inte är ett rationellt tal (dvs 3 Q, se sid 4 EX 3 Visa att det inns oändligt många primtal C INDUKTIONSBEVIS Man visar att P ( n är sann (P en öppen matematisk utsaga ör alla n N (dvs ör alla naturliga tal n, se sid 4, genom att visa att I P ( 1 är sann II Om P ( m är sann ör alla m p, p ett godtyckligt ixt tal p N, m N (se sid 4 så är även P ( p +1 sann III Induktionsaxiomet (inört av Peano (1858-193 säger att då alla (oändligt många! utsagor P ( n ( n N är sanna Ett induktionsbevis består alltså av tre steg: steg 1: "induktionsörankring": visa att P ( 1 är sann (man kan börja med ett annat heltal än 1 steg : "induktionssteget": visa P ( p P( p +1 ör godtyckligt ixt p N ( p 1! steg 3: "induktionsprincipen": den ger att då P ( n är sann ör alla n N inledande matematisk analys TMA970 3

Inledande matematisk analys tma970, 010, logik, mängdlära MÄNGDALGEBRA 1 MÄNGDER Den "naiva mängdläran" skapades av Cantor Han deinierade (1895: "En MÄNGD M är en sammanattning av bestämda objekt, verkliga eller tänkta, som kallas ELEMENT I M, till en enhet" Vi lägger till: Det måste på ett objektivt sätt kunna avgöras om ett x är element i M eller inte Denna grundläggande "elementrelation" betecknas med : DEF 1 Vi skriver resp x M om x är element i M (x tillhör M, x ligger i M x M om x ej är element i M Vi betraktar här endast mängder som är deinierade genom matematiska utsagor och därmed väldeinierade För en öppen matematisk utsaga P sätter vi S P = { x : P( x är sann} = { x : P( x } = mängden av alla x sådana att P ( x är sann S kallas "sanningsmängden till P", "{" och "}" kallas "mängdparenteser" P EX M = { x : x = 1 x = x = 3} Vi skriver kort M = { 1,,3}, dvs vi skriver helt enkelt upp mängdens element mellan mängdparenteserna om det är möjligt DEF Låt M vara en mängd Vi säger M är en ÄNDLIG mängd, om antalet element i M är ändligt, resp M är en OÄNDLIG mängd om antalet element i M ej är ändligt Viktiga mängder är (och kommer alltid att betecknas så: DEF 3 Ø = { x : x x} den TOMMA mängden N = { 1,,3,4, } de NATURLIGA TALEN (obs: vi tar ej med 0 Z = { 0,1, 1,,,3, 3, } HELTALEN Q = { m n : m, n heltal, n 0} de RATIONELLA TALEN R (eller IR de REELLA TALEN För a, b IR, a b inör vi INTERVALL-beteckningarna [ a, b] = { x IR : a x b}, ] a, b [ = { x IR : a < x < b}, [ a, b [ = { x IR : a x < b}, ] a, b] = { x IR : a < x b}, [ a, [ = { x IR : a x}, ] a, [ = { x IR : a < x}, ], b] = { x IR : x b}, ], b [ = { x IR : x < b} Dessa mängder kallas slutet intervall resp öppet intervall resp halvöppet intervall OBS och är ej element i R För a IR gäller [ a, a] { a} I (ej reella tal, = ], [ = och ] a, a [ = Ø, [, ] R a är odeinierat! inledande matematisk analys TMA970 4

Inledande matematisk analys tma970, 010, logik, mängdlära MÄNGDOPERATORER Vi översätter nu operatorerna,,,, mellan utsagor till operatorer mellan mängder I det öljande skall alla x ligga i en grundmängd U ("universum", tex U = IR DEF 1 För mängder A, B deinieras ( A = SP, B = SQ, P, Q matematiska utsagor 1 (union: A B = { x : x A x B} ( SP Q = SP SQ (snitt: A B = { x : x A x B} ( SP Q = SP SQ 3 (delmängd: ( A B (( x A ( x B ( P( x Q( x, x U 4 = (likhet: ( A = B (( x A ( x B ( P( x Q( x, x U 5 c (komplement: A c = { x : x A} ( S = ( c Vidare skriver vi och P S P A B ör ( A = B A B (äkta delmängd ör ( A B ( A B EX 1: a { 1,,3} = {,3,1 } = { 1,,,1,3,3,1, } osv (det spelar ingen roll hur vi skriver upp elementen i en mängd b Z = N { n : n N} { 0} c c ( ],0] = ] 0, [ ( U = IR d Ø N Z Q R (sista inklusionen: ex sid 3 Det underlättar mycket att åskådliggöra mängder som punktmängder i planet (Venndiagram eter den brittiske logikern John Venn, 1834-193, se öreläsningen Vi deinierar nu ytterligare några operatorer som vi kommer att ha nytta av: DEF För två mängder A, B deinierar vi a MÄNGDDIFFERENSEN \: A \ B = { x : x A x B} (alla x som ligger i A men inte i B b den SYMMETRISKA MÄNGDDIFFERENSEN : A B = (A \ B ( B \ A För mängder gäller motsvarande regler som ör utsagor: SATS För mängder A, B, C gäller 1 ( A = B (( A B ( B A c c B = U \ B, A \ B = A B 3 A B = B A 4 A B = ( A B \ ( A B c c c a ( A B = A B 5 c c c b ( A B = A B (de Morgan a A ( B C = ( A B ( A C 6 b A ( B C = ( A B ( A C (distributivitet inledande matematisk analys TMA970 5

Inledande matematisk analys tma970, 010, logik, mängdlära Regel 4 visar att den operator ör utsagor som motsvarar, är XOR (exclusive or: ( P XOR Q (( P Q ( ( P Q (( P ( Q ( Q ( P, alltså "antingen P eller Q men ej bägge" (P och Q två matematiska utsagor Till sist konstruerar vi två nya, viktiga mängder: DEF 3 Låt M, N vara två mängder 1 Mängden P( M = { A : A M} = mängden av alla delmängder till M kallas POTENSMÄNGDEN AV M Mängden M N = {( m, n : m M n N} = mängden av alla "ordnade par" ( m, n med m M och n N kallas KARTESISKA MÄNGDPRODUKTEN AV M och N EX a Alltid gäller Ø P( M och M P( M (M en mängd b IR IR = {( x, y : x IR y IR } är "planet", betecknas I R c A = { a, b, c, d, e,, g, h}, B = { 1,,3,4,5,6,7,8 }: A B = rutorna på en schackbräda Då kan vi deiniera "relation" och, som speciell relation, "unktion": DEF 4 Låt M, N vara två mängder 1 En delmängd R M N kallas RELATION FRÅN M TILL N, D R = { x M : det inns y N så att ( x, y R} kallas DEFINITIONSMÄNGD, V R = { y N : det inns x M så att ( x, y R} kallas VÄRDEMÄNGD till R; vi skriver även xry ör ( x, y R ( "y står i relation R till x" En relation R M M kallas (BINÄR RELATION PÅ M En relation M N kallas AVBILDNING (eller FUNKTION FRÅN M TILL N om är "höger- entydig", dvs om ör x M, y1 N, y N gäller (( xy 1 ( xy ( y1 = y I så all inns det till varje x i :s deinitionsmängd precis ett y i :s värdemängd som står i relation till x, dvs vi kan se som en tillordning : x y som ordnar till varje x D ett entydigt bestämt y V ; ör att ramhäva detta skriver vi y = ( x ("y är en unktion av x" i stället ör x y och (vi använder något missbrukligt samma symbol : : M läs: " är en avbildning rån M till N som ordnar till N x ( x ett element x D elementet y = ( x V " Observera att vi använder pilen ör avbildningen ("rån M till N" och pilen ör den elementvisa tillordningen (" ordnar till x bildpunkten ( x " Själva relationen kallas GRAFEN TILL och betecknas G : G = ( x, y M N : x D y ( x En avbildning : M M med D = M { } = kallas UNITÄR OPERATOR PÅ M och en avbildning D = M M kallas BINÄR OPERATOR PÅ M : M M M med inledande matematisk analys TMA970 6

Inledande matematisk analys tma970, 010, logik, mängdlära EX 3 a Ordningsrelationen < ("mindre än" på I R är halvplanet < = ( x, y IR : y x är positivt IR I ; kompelementet { } R = IR R \ < är relationen "större än eller lika med" (rita! b Funktionen "kvadrera" skriver vi upp så här: : IR IR ; här är = IR V = [ 0, [ x x c Additionen + är avbildningen D, = {( x, x : x IR }, G (rita! + : IR IR IR ( x, y x+ y (en binär operator på I R Binära relationer spelar en viktig roll i tex switchnätteorin Vi nämner en speciell relation som gör det möjligt att dela upp en mängd i "klasser" av element som anses vara likvärdiga i en viss mening: DEF 5 En relation ~ M M på M kallas a REFLEXIV om x ~ x ör alla x M b SYMMETRISK om x ~ y y ~ x ör alla x M, y M c TRANSITIV om (( x ~ y ( y ~ z ( x ~ z ör alla x M, y M, z M d EKVIVALENSRELATION PÅ M om ~ är relexiv, symmetrisk och transitiv EX 4 a är en ekvivalensrelation på mängden av alla matematiska utsagor b = är en ekvivalensrelation på P ( M (M en mängd c "Modulo-räkning" ger en ekvivalensrelation på Z : låt p N, m Z, n Z ; man säger "m är kongruent n modulo p", bet m n(mod p, om m n = kp ör något k Z ; "kongruent modulo p" är en ekvivalensrelation på Z, tal som ger samma rest vid division med p är ekvivalenta Ett exempel är klockan: vi räknar modulo 1 Satslogik och mängdlära är två viktiga, självständiga matematiska discipliner Men de "unkar" på samma sätt som (är specialall av, exempel på, modeller ör en mera generell matematisk struktur (= mängd av vissa objekt med operationer som lyder vissa regler, nämligen en "Boolesk algebra" Man skriver operationerna då "algebraiskt" ( +, George Boole (1815-11-0 1864-1-08: The Mathematical Analysis o Logic (1847 An Investigation o the Laws o Thought (1854 inledande matematisk analys TMA970 7

Inledande matematisk analys tma970, 010, logik, mängdlära ÖVNINGAR 1 a Visa ( (( x < y ( y < x ( x = y ( x IR, y IR b Bestäm sanningsmängderna SP, S Q och S R till P ( x : ( x > x ( ( x > 1, R ( x : ( x > x ( ( x > 1 och Q ( x : ( x = 3x x = ( x IR ( ( c Visa att ör matematiska utsagor P, Q, R gäller: c1 (( P Q R (( P R ( Q R c ( P Q ((( P Q Q (( Q P P (Dummett's identitet a Bestäm A B, A B, A \ B, B \ A och A B ör A = { 1,,3,4}, B = { 3,4,5} b Bestäm A B, A B, A \ B, B \ A och A B ör A = [ 8,9], B = ] 5, [ c Bestäm P ( M ör M = { 1,,3} d Bestäm A B och B A ör A = { 1,}, B = {,3,4} e Bestäm A B och B A ör A = [ 0,1], B = [ 1, [ (rita! Förenkla öljande uttryck ör mängder A, B: 1 A \(B \ A, A \(A \ B, 3 A (A\ B, 4 A (A\ B, 5 A (B\ A, 6 A (B\ A, 7 (A\ B ( B A B c c A (B\ A, 8 ( c g Visa att det inte inns någon surjektiv (alltså inte någon bijektiv avbildning : M P( M, M en mängd [ledning: studera { x M : x ( M } ] h Låt M, N vara mängder, X, A M, Y, B N ; visa att ( X Y ( A B = ( X A ( Y B och ( X Y ( A Y = ( X A Y SVAR 1b S S = IR, S = ],0 [ P = Q R a { 1,,3,4,5}, { 3,4}, { 1,}, { 5}, { 1,,5} b [ 8, [, ] 5,9], [ 8, 5], ] 9, [, [ 8, 5] ] 9, [ c {,{ 1 }, { }, { 3}, { 1,}, { 1,3}, {,3}, { 1,,3 }} d A B = {( 1,,( 1,3,( 1,4,(,,(,3,(,4 } B A = {(,1,(,,( 3,1,( 3,,( 4,1,( 4, } e A B = {( x, y : 0 x 1, y 1} B A = {( x, y : x 1, 0 y 1} 1 A, A B, 3 A, 4 A \ B, 5 A B, 6 /O, 7 A B, 8 A B inledande matematisk analys TMA970 8