Видове релации
Видове релации
Релациите са основно понятие в дискретната математика — те описват зависимости между обекти от дадено множество. В този урок ще изучим шестте основни свойства, които една релация може да притежава, ще видим как те се разпознават чрез таблично и графово представяне и ще се запознаем с понятието затваряне на релация.
- \(R\) е рефлексивна, ако за всяко \(a \in A\) е изпълнено \((a,a) \in R\).
- \(R\) е антирефлексивна, ако за всяко \(a \in A\) е изпълнено \((a,a) \notin R\).
- \(R\) е симетрична, ако за \(a,b \in A\) от \((a,b) \in R\) следва \((b,a) \in R\).
- \(R\) е антисиметрична, ако за \(a,b \in A,\ a \neq b\) от \((a,b) \in R\) следва \((b,a) \notin R\), или от \((a,b) \in R\) и \((b,a) \in R\) следва \(a = b\).
- \(R\) е силно антисиметрична, ако за всеки \(a,b \in A,\ a \neq b\) е изпълнено точно едно от \((a,b) \in R\) и \((b,a) \in R\).
- \(R\) е транзитивна, ако за \(a,b,c \in A\) от \((a,b) \in R\) и \((b,c) \in R\) следва \((a,c) \in R\).
Релация \(R\) върху \(A = \{a_1, \ldots, a_n\}\) се представя с булева матрица \(M_R\), където \(M_R[i][j] = 1\) тогава и само тогава, когато \((a_i, a_j) \in R\).
| Свойство | Признак в матрицата |
|---|---|
| Рефлексивна | По главния диагонал стоят само единици. |
| Антирефлексивна | По главния диагонал стоят само нули. |
| Симетрична | Матрицата е симетрична: \(M_R = M_R^T\), т.е. клетките, симетрични спрямо главния диагонал, имат еднакви стойности. |
| Антисиметрична | За клетките, симетрични спрямо диагонала, поне едната е 0 — не могат и двете да са 1 (за \(i \neq j\)). |
| Силно антисиметрична | Клетките, симетрични спрямо диагонала, имат различни стойности: едната е 0, другата е 1. |
Пример: \(R = \{(1,2),(2,3)\}\) върху \(A=\{1,2,3\}\). По-долу са показани трите затваряния.
Кликнете върху задача, за да видите пълното решение.
Рефлексивна? Трябва \((1,1),(2,2),(3,3) \in R\). Имаме \((1,1)\) и \((3,3)\), но \((2,2) \notin R\). Не е рефлексивна.
Антирефлексивна? Трябва \((a,a) \notin R\) за всяко \(a\). Но \((1,1) \in R\). Не е антирефлексивна.
Симетрична? \((1,2) \in R\) и \((2,1) \in R\) — добре. Проверяваме всички: \((1,1),(3,3)\) са симетрични сами на себе си. Симетрична е.
Антисиметрична? \((1,2) \in R\) и \((2,1) \in R\), но \(1 \neq 2\). Не е антисиметрична.
Транзитивна? \((1,2) \in R\) и \((2,1) \in R\), следователно трябва \((1,1) \in R\) — има. \((2,1) \in R\) и \((1,2) \in R\), следователно трябва \((2,2) \in R\) — няма! Не е транзитивна.
Заключение: \(R\) е само симетрична.\(\blacksquare\)
Рефлексивна: \((a,a) \in R_{=}\) за всяко \(a\). ✓
Симетрична: ако \((a,b) \in R_{=}\), то \(a=b\), следователно \((b,a) = (a,a) \in R_{=}\). ✓
Антисиметрична: ако \((a,b) \in R_{=}\) и \((b,a) \in R_{=}\), то \(a=b\). ✓
Транзитивна: ако \(a=b\) и \(b=c\), то \(a=c\). ✓
Антирефлексивна: \((a,a) \in R_{=}\) за всяко \(a\), следователно не е антирефлексивна.
Заключение: \(R_{=}\) е рефлексивна, симетрична, антисиметрична и транзитивна.\(\blacksquare\)
Рефлексивна? \(a \lt a\) не е в сила за никое \(a\). Не е.
Антирефлексивна: \((a,a) \notin R_{<}\) за всяко \(a\). ✓
Симетрична? Ако \(a \lt b\), то \(b \lt a\) не е вярно. Не е.
Антисиметрична: Ако \(a \lt b\) и \(b \lt a\) — невъзможно. Условието е изпълнено вакуумно. ✓
Силно антисиметрична: За \(a \neq b\) точно едно от \(a \lt b\) и \(b \lt a\) е в сила (тъй като реалните числа са линейно наредени). ✓
Транзитивна: Ако \(a \lt b\) и \(b \lt c\), то \(a \lt c\). ✓
Заключение: \(R_{<}\) е антирефлексивна, антисиметрична, силно антисиметрична и транзитивна.\(\blacksquare\)
Рефлексивна: главният диагонал е \(1,1,1,1\). ✓
Антисиметрична: проверяваме всички двойки \((i,j)\) с \(i \neq j\): ако \(M[i][j]=1\), то \(M[j][i]=0\). Действително \(M[1][2]=1, M[2][1]=0\); \(M[2][3]=1, M[3][2]=0\); и т.н. ✓
Симетрична? \(M[1][2]=1\), но \(M[2][1]=0\). Не е.
Транзитивна? \((1,2) \in R\) и \((2,3) \in R\), проверяваме \((1,3)\): \(M[1][3]=0\). Не е транзитивна.
Заключение: \(R\) е рефлексивна и антисиметрична.\(\blacksquare\)
Рефлексивна: \(a \mid a\) за всяко \(a \in \mathbb{N}^+\). ✓
Антисиметрична: ако \(a \mid b\) и \(b \mid a\), то \(a = b\). ✓
Транзитивна: ако \(a \mid b\) и \(b \mid c\), то \(a \mid c\). ✓
Симетрична? \(2 \mid 6\), но \(6 \nmid 2\). Не е.
Заключение: \(R_{\mid}\) е рефлексивна, антисиметрична и транзитивна — тоест е релация на частична наредба.\(\blacksquare\)
Рефлексивно затваряне: добавяме \((a,a)\) за всяко \(a\), за което \((a,a) \notin R\). Имаме \((3,3) \in R\), липсват \((1,1)\) и \((2,2)\).
\[R_{rc} = \{(1,2),(2,3),(3,3)\} \cup \{(1,1),(2,2)\} = \{(1,1),(1,2),(2,2),(2,3),(3,3)\}.\]Симетрично затваряне: \(R^{-1} = \{(2,1),(3,2),(3,3)\}\). Следователно:
\[R_{sc} = R \cup R^{-1} = \{(1,2),(2,1),(2,3),(3,2),(3,3)\}.\;\blacksquare\]Пресмятаме степените по формулата \(R_{tc} = R \cup R^2 \cup R^3\) (тъй като \(|A|=3\)).
\[R^2 = R \circ R = \{(1,3),(2,3),(3,3)\}.\] \[R^3 = R^2 \circ R = \{(1,3),(2,3),(3,3)\}.\]Забелязваме, че \(R^3 = R^2\), следователно:
\[R_{tc} = R \cup R^2 = \{(1,2),(2,3),(3,3)\} \cup \{(1,3),(2,3),(3,3)\} = \{(1,2),(1,3),(2,3),(3,3)\}.\;\blacksquare\]Рефлексивна? Правата не е перпендикулярна на себе си. Не е.
Антирефлексивна: \((a,a) \notin R_\perp\) за всяка права \(a\). ✓
Симетрична: ако \(a \perp b\), то \(b \perp a\). ✓
Антисиметрична? \(a \perp b\) и \(b \perp a\), но \(a \neq b\). Не е.
Транзитивна? Ако \(a \perp b\) и \(b \perp c\), то \(a\) и \(c\) са или успоредни, или съвпадат — не е задължително \(a \perp c\). Не е транзитивна.
Заключение: перпендикулярността е антирефлексивна и симетрична.\(\blacksquare\)
Рефлексивна: \(a \equiv a \pmod{3}\) за всяко \(a\). ✓
Симетрична: ако \(a \equiv b \pmod{3}\), то \(b \equiv a \pmod{3}\). ✓
Транзитивна: ако \(a \equiv b\) и \(b \equiv c \pmod{3}\), то \(a \equiv c \pmod{3}\). ✓
Антисиметрична? \(1 \equiv 4 \pmod{3}\) и \(4 \equiv 1 \pmod{3}\), но \(1 \neq 4\). Не е.
Заключение: конгруентността по модул 3 е рефлексивна, симетрична и транзитивна — тоест е релация на еквивалентност.\(\blacksquare\)
Намираме двойките: \(R = \{(1,5),(2,4),(3,3),(4,2),(5,1)\}\).
Рефлексивна? \((1,1) \notin R\). Не е.
Антирефлексивна? \((3,3) \in R\). Не е.
Симетрична: ако \((a,b) \in R\), то \(a+b=6\), значи \(b+a=6\) и \((b,a) \in R\). ✓
Антисиметрична? \((1,5) \in R\) и \((5,1) \in R\), но \(1 \neq 5\). Не е.
Транзитивна? \((1,5) \in R\) и \((5,1) \in R\), следователно трябва \((1,1) \in R\) — но \(1+1 \neq 6\). Не е.
Заключение: \(R\) е само симетрична.\(\blacksquare\)
Рефлексивна: \(S \subseteq S\) за всяко \(S\). ✓
Антисиметрична: ако \(S_i \subseteq S_j\) и \(S_j \subseteq S_i\), то \(S_i = S_j\). ✓
Транзитивна: ако \(S_i \subseteq S_j\) и \(S_j \subseteq S_k\), то \(S_i \subseteq S_k\). ✓
Симетрична? \(\emptyset \subseteq \{a\}\), но \(\{a\} \not\subseteq \emptyset\). Не е.
Силно антисиметрична? \(\emptyset \subseteq \emptyset\) и трябва за \(S_i \neq S_j\) точно едно от включванията да е в сила. Но \(\{a\} \not\subseteq \{b\}\) и \(\{b\} \not\subseteq \{a\}\) за \(a \neq b\). Не е силно антисиметрична.
Заключение: включването е рефлексивна, антисиметрична и транзитивна — частична наредба.\(\blacksquare\)
Транзитивна? Проверяваме всички тройки \((a,b,c)\): \((1,2)\in R\) и \((2,3)\in R\) → трябва \((1,3)\in R\) — има. Всички останали двойки не дават нови изисквания. Да, транзитивна е.
Следователно \(R_{tc} = R = \{(1,2),(2,3),(1,3)\}\).\(\blacksquare\)
Релация върху \(\{1,2\}\) е подмножество на \(\{(1,1),(1,2),(2,1),(2,2)\}\).
Антисиметричност изисква: ако \((1,2) \in R\) и \((2,1) \in R\), то \(1=2\) — невъзможно. Значи не могат едновременно \((1,2)\) и \((2,1)\) да са в \(R\).
Симетричност изисква: ако \((1,2) \in R\), то \((2,1) \in R\).
Комбинирайки двете: нито \((1,2)\), нито \((2,1)\) може да е в \(R\). Следователно \(R \subseteq \{(1,1),(2,2)\}\). Всяко подмножество на \(\{(1,1),(2,2)\}\) е едновременно симетрично и антисиметрично.
Четирите такива релации: \(\emptyset\), \(\{(1,1)\}\), \(\{(2,2)\}\), \(\{(1,1),(2,2)\}\).\(\blacksquare\)
Антирефлексивна: диагоналът е \(0,0,0\). ✓
Симетрична: \(M_R\) е симетрична матрица (\(M[i][j]=M[j][i]\)). ✓
Транзитивна? \((1,2)\in R\) и \((2,1)\in R\), следователно при транзитивност трябва \((1,1)\in R\), но \(M[1][1]=0\). Не е транзитивна.
Заключение: \(R\) е антирефлексивна и симетрична.
Рефлексивно затваряне: добавяме единици по диагонала:
\[M_{R_{rc}} = \begin{pmatrix}1&1&1\\1&1&1\\1&1&1\end{pmatrix},\quad\text{т.е. }R_{rc} = A\times A.\;\blacksquare\]От симетричността на „брат": Петър е брат на Асен. Георги е брат на Димитър и обратно. Димитър е брат на Иван и обратно. От транзитивността: Георги е брат на Иван (и обратно).
\[R = \{(\text{Асен,Петър}),(\text{Петър,Асен}),(\text{Георги,Димитър}),(\text{Димитър,Георги}),\] \[(\text{Георги,Иван}),(\text{Иван,Георги}),(\text{Димитър,Иван}),(\text{Иван,Димитър})\}.\]Симетрична: да. ✓ Транзитивна: да. ✓ Рефлексивна: не (никой не е брат на себе си). ✓ Антирефлексивна: да.\(\blacksquare\)
Опитайте да решите задачите самостоятелно.
Отг.: рефлексивна, симетрична, транзитивна (релация на еквивалентност).
Отг.: антирефлексивна, антисиметрична, не е транзитивна (липсва (1,3) и др.).
Отг.: рефлексивна, симетрична и транзитивна (проверка: \((1,3)\circ(3,1)=(1,1)\in R\) ✓; \((3,1)\circ(1,3)=(3,3)\in R\) ✓) — релация на еквивалентност.
Отг.: рефлексивна, антисиметрична, транзитивна. За всяка двойка \(a\neq b\) е вярно точно едно от \(a\leq b\) и \(b\leq a\), следователно \(R_{\leq}\) е и силно антисиметрична (линейна наредба).
Отг.: антирефлексивна, симетрична, не е транзитивна.
Отг.: \(R_{rc}=R\cup\{(1,1),(2,2),(3,3)\}\); \(R_{sc}=R\cup\{(2,1),(2,3)\}\).
Отг.: \(R^2=\{(1,1),(2,2),(3,3)\}\), \(R_{tc}=R\cup R^2=\{(1,1),(1,2),(2,1),(2,2),(3,3)\}\).
Отг.: Да. При силно антисиметрична не могат едновременно \((a,b)\) и \((b,a)\) да са в \(R\) за \(a\neq b\), което е по-силно от антисиметричността.
Отг.: рефлексивна, симетрична, транзитивна (еквивалентност — четни/нечетни).
Отг.: антирефлексивна, антисиметрична, не е транзитивна (пример: 1<3, 3<5, но 5-1=4>3).
Отг.: Само \(\emptyset\) е антирефлексивна; само \(A\times A_{\text{diag}}\) е рефлексивна. Едновременно и двете — само при \(A=\emptyset\).
Отг.: конгруентността \(a \equiv b \pmod{5}\) — релация на еквивалентност.
Отг.: \(R^{-1}=\{(3,1),(3,2),(1,3)\}\); \(R_{sc}=\{(1,3),(3,1),(2,3),(3,2)\}\).
Отг.: рефлексивна, симетрична, транзитивна (еквивалентност).
Отг.: Не. Силната антисиметричност изисква за \(a\neq b\) точно едно от \((a,b)\in R\) и \((b,a)\in R\). Симетричността изисква: ако \((a,b)\in R\), то и \((b,a)\in R\). Двете условия са несъвместими — не може и двете наредени двойки да са в \(R\) (нарушава силна антисиметричност) и не може нито едната (нарушава силна антисиметричност). Следователно върху множество с поне два елемента такава релация не съществува.
Отг.: \(R^2=\{(1,3),(2,1),(3,2)\}\); \(R^3=\{(1,1),(2,2),(3,3)\}\).
Отг.: рефлексивна, симетрична, транзитивна; \(R_{tc}=R\).
Отг.: не е рефлексивна (\(2\cdot1^2\neq1\)), симетрична е, не е транзитивна.
Отг.: \(R_{tc}=\{(1,1),(1,2),(1,4),(2,1),(2,2),(2,4),(3,1),(3,2),(3,4),(4,1),(4,2),(4,4)\}\).
Отг.: трябва да е и рефлексивна (всеки е приятел на себе си) и транзитивна (ако A и B са приятели, и B и C са приятели, то A и C също). Тогава образуваните класове са „кръгове от приятели".
15 въпроса • 4 точки за верен отговор • максимум 60 точки
- С. Бойчева, С. Толева-Стоименова. Дискретна математика. Сиела, 2018.
- К. Манев. Увод в дискретната математика. КЛМН, 2012.
- Х. Кискинов. Въведение в дискретната математика. Пловдивско университетско издателство.
- Ръководство за решаване на задачи по дискретна математика.
Запишете урок
Индивидуални и групови онлайн уроци по математика и дискретна математика за цялата страна
- ›НВО по математика след 7 клас
- ›Кандидатстудентски изпити по математика
- ›Прием в университети в чужбина (ISEE, SAT, A-Level и др.)
- ›Дискретна математика, Линейна алгебра, Математически анализ
- ›Диференциални уравнения, Теория на вероятностите, Статистика и др.
Харесва ли ви съдържанието?
Ако този урок ви е бил полезен, можете да подкрепите създаването на нови безплатни материали.
Коментари
Публикуване на коментар