f:z→z,f(n)=2n+1是双射吗

计算机学院 计算机科学与工程学院 冯伟森 Email:fws365@ * * 计算机学院 * 主要内容 集合的基数 有限集、无限集 可数集和不可数集 * 计算机学院 * §6.4 集合的基数、可数集和不可数集 先看几个问题: 有限集同无限集的区别是什么两个无限集之间可不可以比较大小? 自然数集中元素的个数同有理数集中元素的个数那一个多 有理数集中元素的个数同无理数集中元素的个数那一个多? 无理数集中元素的个数同实数集中元素的个数那一个多 有没有最大的集合,它包含叻所有的集合 * 计算机学院 * 集合的基数 集合的基数就是集合中元素的个数,是集合容量的度 量。一般是在两个集合的元素间建立一一对应关系,其中 一个作为尺度比如我们在计算一群人和一堆物品时, 就是将人和物品同数字1、2、3等一一对应起来其本质 就是在两个集合的元素の间建立了一一对应关系(即双 射)。 定义6.7 设XY是两个集合,若在XY之间存在1-1对应的关系(在集合X和Y之间建立双射),则称集合X与Y是对等嘚或等势的记为: X ? Y 集合X的基数一般记为card(X),如果A是有限集合,A的基数通常记为︱A︱(它是A中元素的个数)。 * 计算机学院 * 定理6.4 等势是集合族上的等价关系 即对任意的集合A、B、C, A?A A?B ? B?A A?B、 B?C ? A?C 而等价关系决定等价类因此,所有等势的 集合构成一个等价类 一般地: 若X=Y,则 X?Y反之不然。 * 计算机学院 * 记 Nm={x|x是正整数且x≤m} 问题:对同一个集合X,是否会出现X?Nm 同时又出现X?Nn, 而m≠n 定理6.5 如果正整数m< n,则不存在从Nn到Nm的单射 定义6.8 设X,Y昰两个集合若存在从X到Y的单射,则card(X) ≤card(Y);如果不存在从X到Y的双射则card(X) <card(Y)。 下面我们对集合按照基数进行分类。 * 计算机学院 * 自然数集合N的萣义 ??N 若n?N,则n′:=n∪{n}?N 也即: 0:=?, 1:=?∪{?}={?}={0} 为有限集,否则称X为无限集。 定理6.6 自然数集N是无限集 定理6.7 非空集合X是无限集当且仅当存在从N到X嘚单 射。 将自然数集N的基数记为 (读为“阿列夫0”) * 计算机学院 * 可数集 例6.8 下列集合都是可数集合: 定义6.10 凡是与自然数集合等势的集合,統称为可数集合或可列集合 O+={x|x?N,x是奇数} E+={x|x?N-{0}x是偶数}

}

离散数学标准化作业纸 专业班级 學号 姓名 第八章 函数

二、判断下列函数中哪些是满射的?哪些是单射的?哪些是双射的? (1) f:N?N, f(x)=x2+2

B.仅是单射 C.是双射 D.无逆函数

离散数学标准化作业纸 專业班级 学号 姓名 三、设X={a,b,c,d},Y={1,2,3},f={,,,}判断以下命题的真假: (1)f是从X到Y的二元关系,但不是从X到Y的函数; (2)f是从X到Y的函数,但不是满射,也不是单射的; (3)f是从X到Y的满射,但鈈是单射;

四、设A={1,2}B={a,b,c},写出所有A到B的函数,并说明所具有的性质

五、已知集合A和B且|A|=n,|B|=m求A到B的二元关系数是多少?A到B的函数数是多少

六、設N是自然数集合,定义 N 上的二元关系R:

(1)证明R是等价关系 (2)求 关系R的等价类。

离散数学标准化作业纸 专业班级 学号 姓名 第十四、十五章

1.一個无向图有4个结点其中3个的度数为2,33,则第4个结点的度数不可能是( )

6.设无向图中有6条边有一个3度顶点和一个5度顶点,其余顶点喥为2则该图的顶点数是( )

7.下列各图中既是欧拉图,又是汉密尔顿图的是( )

8.设G为完全二部图K2,3下面命题中为真的是( )

A.G为欧拉图 B.G为哈密爾顿图 C.G为平面图 D.G为正则图 二、填空

4. .已知n阶无向简单图G有m条边,则G的补图G有__________条边 5. 若一条路中,所有边均不相同则此路称作____________;若一条路中所

v1有的结点均不相同,则称此路为____________

6.图G如图1所示,那么图G的割点是

v4离散数学标准化作业纸 专业班级 学号 姓名 8.下图的点连通度等于 ,边連通度等于_________

9.已知n阶无向图G中有m条边,各顶点的度数均为3又已知2n-3=m, 则m= .

三、(1)已知无向图G有12条边1度顶点有2个,2度、3度、5度顶点各1个其余顶点度数均为4,求4度顶点的个数

(2)假设在图G(有向图或无向图)中,有10条边4个3度的结点,其余结点的度数不大于2问G中至少有几个結点?

四、判断下图是否欧拉图若是,找出一个欧拉回路

五.设简单无向图G有n个结点,n+1条边,证明G中至少有一上结点的度≥3

六、画出彼德森图,K5K3,3,并判断他们是否是欧拉图是否是哈密顿图。

}
集合的等势与优势 

掌握:集合之間等势与优势的概念等势的性质(自反性,对称性传递性) 
掌握:证明集合等势的方法,康托定理的内容及证明方法 
掌握:自然数、洎然数集、有穷集、无穷集的定义与主要性质 

掌握:集合基数的定义、基数的比较、可数集的定义与主要性质


  通俗的说集合的势是量度集合所含元素多少的量。集合的势越大所含的元素越多。 定义9.1设AB是集合,如果存在着从A到B的双射函数就称A和B是等势的,记作A≈B如果A不与B等势,则记作AB
  下面给出一些集合等势的例子。

则f是到N的双射函数从而证明了≈N。

  (2) N×N≈N. 为建立N×N到N的双射函数只需把中所有的元素排成一个有序图形,如图9.1所示N×N中的元素恰好是坐标平面上第一象限(含坐标轴在内)中所有整数坐标的点。如果能够找箌“数遍”这些点的方法这个计数过程就是建立N×N到N的双射函数的过程。按照图中箭头所标明的顺序从<0,0>开始数起依次得到下面的序列:

     ↓   ↓    ↓   ↓   ↓   ↓
     0    1    2    3    4    5

  设<m,n>是图上的一个點并且它所对应的自然数是k。考察mn,k之间的关系首先计数<m,n>点所在斜线下方的平面上所有的点数是

然后计数<m,n>所在的斜线上按照箭头标明的顺序位于<mn>点之前的点数,是m.因此<mn>点是第+m+1个点。这就得到
根据上面的分析不难给出N×N到N的双射函数f,即

    f:N×N→N


  以上已经给出了若干等势的集合一般说来,等势具有下面的性质:自反性对称性和传递性。
  证明:根据前面的分析和这个定理可鉯得到下面的结果:     N≈≈Q≈N×N     R≈[01]≈(0,1)   而后一个结果可以进一步强化成:任何的实数区间(包括开区间闭区间以及半开半闭的区间)都与实数集合R等势。那么N与R是否等势呢?如果有N≈R上面列出的所有集合彼此都是等势的;如果NR,与N等势的那些集合也不会與R等势下面证明NR。
   (1)如果能证明N[0,1]就可以断定NR.为此只需证明任何函数f:N→[0,1]都不是满射的。
  首先规定[01]中数的表示。对任意的x∈[0,1]令     x=0.x1x2…,0≤xi≤9 考察下述两个表示式:     0.24999… 和 0.25000… 显然它们是同一个x的表示为了保证表示式的唯一性,如果遇到上述情况則将x表示为0.25000…。根据这种表示法任何函数f: N→[0,1]的值都可以用这种表示式给出   设f: N→[0,1]是从N到[0,1]的任何一个函数。如下列出f的所有函數值: 设y是[0,1]之中的一个小数y的表示式为0.b1b2…,并且满足bi≠ai(i)i=1,2….显然y是可以构造出来的,且y与上面列出的任何一个函数值都不相等这僦推出yranf,即f不是满射的
  (2)和(1)的证明类似,我们将证明任何函数g:A→P(A)都不是满射的   设g: A→P(A)是从A到P(A)的函数,如下构造集合B:     B={x|x∈A∧xg(x)}
从而证明了对任意的x∈A都有B≠g(x)即Brang。

  根据这个定理可以知道N

P(N)再综合前边的结果不难断定N

和R都是比N“更大”的集合。这里的“夶”加了引号因为至今为止我们还没有给出“大小”的严格定义。下面就来进行这个工作

定义9.2   (1) 设A,B是集合如果存在从A到B的单射函数,就称B优势于A记作A·B。如果B不是优势于A则记作A·B。
  (2) 设AB是集合,若A·B且AB则称B真优势于A,记作A·B如果B不是真优势于A,则记莋A·B
  优势具有下述的性质。 定理9.3 设AB,C是任意的集合则
  定理9.3(2)部分的证明比较复杂,已经超过本书范围故而略去。(1)和(3)的证明留作练习


  上一节我们只是抽象地讨论了集合的等势与优势。下面将进一步研究度量集合的势的方法最简单的集合是有穷集。尽管湔面已经多次用到“有穷集”这一概念当时只是只管地理解成含有有限多个元素的集合,但一直没有精确地给出有穷集的定义为解决這个问题我们需要先定义自然数和自然数集合。定义9.3 设a为集合称a∪{a}为a的后继,记作a+即 a+=a∪{a}。 例9.3 考虑空集的一系列后继     +=∪{}={}
        …   由于对任何集合a都有aa。在空集的一系列后继中任何两个集合都不相等。且满足下面的两个条件:
  1.前边的集合都是後边集合的元素   2.前边的集合都是后边集合的子集。 利用这些性质可以考虑以构造性的方法用集合来给出自然数的定义,即     0=
    …     n={01,…n-1} 但这种定义没有概括出自然数的共同特征。下面我们采用另一种方法刻划自然数

自然数,有穷集,无穷集



  下面给出基数的定义。 定义9.7   (1)对于有穷集合A称与A等势的那个唯一的自然数为A的基数,记作cardA即
  (2)自然数集合N的基数记莋,即
  (3)实数集R的基数记作(读作阿列夫)即
  下面定义基数的相等和大小。

定义9.8 设AB为集合,则
  根据上一节关于势的讨論不难得到:
其中2N={01}N。从这里可以看出集合的基数是集合的势的大小的度量。基数越大势就越大。

  由于对任何集合A都满足A
·P(A)所鉯有

这说明不存在最大的基数。将已知的基数按从小到大的顺序排列就得到:
    01,2…,n…,
0
其中0,12…,n…,恰好是铨体自然数是有穷集合的基数,也叫有穷基数0,…,是无穷集合的基数也叫做无穷基数0是最小的无穷基数而后面还有更大嘚基数,如cardP(R)等

定义9.9 设A为集合,若cardA≤0则称A为可数集可列集
  例如{a,b,c}5,整数集有理数集Q,以及N×N等都是可数集但实数集R不是可數集,与R等势的集合也不是可数集对于任何的可数集,它的元素都可以排列成一个有序图形换句话说,都可以找到一个“数遍”集合Φ全体元素的顺序回顾前边的可数集,特别是无穷可数集都是用这种方法来证明的。
  关于可数集有下面的命题:   1.可数集的任何子集都是可数集   2.两个可数集的并是可数集。   3.两个可数集的笛卡尔积是可数集   4.可数个可数集的笛卡尔积仍是可數集。   5.无穷集A的幂集P(A)不是可数集 例9.4 求下列集合的基数。   (1)T={x|x是单词“BASEBALL”中的字母}   如果直接使用可数集的性质本题的求解更为简单。因为cardA=0cardB=n,所以AB都是可数集。根据性质3可知A×B也是可数集所以cardA×B≤0。显然当B≠时cardA≤cardA×B,这就推出cardA×B=0

2.设[1,2]和[01]是实数区間,由定义证明[12]≈[0,1]
6.设A,BC,D是集合且A≈C,B≈D证明A×B≈C×D。
7.找出三个不同的N的真子集使得他们都与N等势。
8.找出三个不同的N的真孓集AB,C使得A·N,B·NC·N。
9.根据自然数的集合定义计算:

10.设AB为可数集,证明 (1)A∪B是可数集 (2)A×B是可数集。

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