离散数学集合的笛卡儿积与二元关系
离散数学知识点总结
注意/技巧：析取符号为V，大写字母Vx + y = 3不是命题前件为假时，命题恒为真运用吸收律命题符号化过程中要注意命题间的逻辑关系，认真分析命题联结词所对应的自然语言中的联结词，不能只凭字面翻译。
也就是说，在不改变原意的基础上，按照最简单的方式翻译通用的方法：真值表法VxP（x）蕴含存在xP（x）利用维恩图解题证明两个集合相等：证明这两个集合互为子集常用的证明方法：任取待证集合中的元素<,>构造相应的图论模型第一章命题逻辑命题和联结词命题的条件：表达判断的陈述句、具有确定的真假值。
选择题中的送分题原子命题也叫简单命题，与复合命题相对简单联结词的真值表要记住非（简单）合取（当且仅当P，Q都为真时，命题为真）析取（当且仅当P，Q都为假时，命题为假），P，Q可以同时成立，是可兼的或条件（→）（当且仅当P为真，Q为假时，命题为假）P是前件，Q是后件只要P，就Q等价于P→Q只有P，才Q等价于非P→非Q，也就是Q→PP→Q特殊的表达形式：P仅当Q、Q每当P双条件（↔）（当且仅当P与Q具有相同的真假值时，命题为真，与异或相反）命题公式优先级由高到低：非、合取和析取、条件和双条件括号省略条件：①不改变先后次序的括号可省去②最外层的括号可省去重言式（永真式）、矛盾式（永假式）、偶然式可满足式：包括重言式和偶然式逻辑等价和蕴含（逻辑）等价:这是两个命题公式之间的关系，写作“⇔”，要与作为联结词的↔区分开来。
如果命题公式A为重言式，那么A⇔T常见的命题等价公式：需要背过被标出的，尽量去理解。
关键是掌握公式是将哪个符号转换为了哪个符号，这对于解证明题有很大的帮助！验证两个命题公式是否等价：当命题变元较少时，用真值表法。
当命题变元较多时，用等价变换的方法，如代入规则、替换规则和传递规则定理：设A、B是命题公式，当且仅当A↔B是一个重言式时，有A和B逻辑等价。
蕴含:若A→B是一个重言式，就称作A蕴含B，记作A⇒B常见的蕴含公式的运用方法同上面的命题等价公式证明A⇒B：①肯定前件，推出后件为真②否定后件，推出前件为假当且仅当A⇒B且B⇒A时，A⇔B，也就是说，要证明两个命题公式等价，可以证明它们相互蕴含联结词的完备集新的联结词：条件否定、异或（不可兼或）、或非（析取的否定）、与非（合取的否定）任意命题公式都可由仅含{非，析取}或{非，合取}的命题公式来等价地表示全功能联结词集合极小全功能联结词集合对偶式对偶式：将仅含有联结词非、析取、合取（若不满足，需先做转换）的命题公式A中的析取变合取，合取变析取，T变F，F变T得到的命题公式A*称为A的对偶式范式析取式：否定+析取合取式：否定+合取析取范式：（合取式）析取（合取式）……析取（合取式）。
同等学力研究生计算机学科离散数学基础第七章二元关系
第七章二元关系§1 有序对与笛卡尔积定义两个元素x与y按一定顺序排列构成的二元组称为一个有序对（或序偶），记为〈x,y〉，称x 为第一元素，y为第二元素。
性质 (1) ,,x y x y y x≠⇒〈〉≠〈〉(2) ,,x y u v x u y v〈〉=〈〉⇔=∧=例25 2,45,242xx x yx y+=⎧〈+〉=〈+〉⇒⎨=+⎩3,2x y⇒==−定义：设A、B为两个集合，称{},x y x A y B〈〉∈∧∈为集合A与B的笛卡尔积，记为A×B。
性质：(1) ,A A×=×=∅∅∅∅(2)笛卡尔积不满足交换律与结合律(3)笛卡尔积对并、交满足分配律×=××∪∪A B C A B A C()()()×=××∪∪B C A B A C A()()()×=××∩∩A B C A B A C()()()×=××∩∩B C A B A C A()()()(4)A C B D A B C D⊆∧⊆⇒×⊆×例A={1,2}，求P(A)×A。
§2 二元关系定义设R是集合，若R=∅或A≠∅且A中元素均为有序对，则称R为一个二元关系。
若〈x,y〉∈R，则称x与y有关系R，记为xRy。
定义：设A与B是两个集合，由A×B的子集定义的二元关系称为A到B的二元关系；当A=B 时，称之为A上的二元关系。
例 设A ={0,1}，则R 1={〈0,0〉,〈1,1〉}，R 2=∅， R 3=A ×A 都是A 上的二元关系。
例 设A 是n 元集，则A ×A 有n 2个元素，于是A ×A 有22n 个子集，由此得A 上有22n 个二元关系。
例 设A 是任一集合① 称∅是A 上的空关系 ② 称A ×A 是A 上的全域关系③ 称{},A I x x x A =〈〉∈是A 上的恒等关系。
4.1 笛卡尔积与二元关系4.2 关系的运算
.
17
包含关系: R={<x,y>| x,y∈A∧={,{a},{b},{a,b}}, 则 A上的包含关系是
R={<,>,<,{a}>,<,{b}>,<,{a,b}>,<{a},{a}>,
<{a},{a,b}>,<{b},{b}>,<{b},{a,b}>,<{a,b},{a,b}>} 除此以外,还可以构成其他关系:
1
26
A上的关系数目为 ,这个数目往往是很大的, 而我们通常关注的是其中少量的有特殊含义的关 系. 如EA,IA,整除,小于等于,包含等 3 关系的表示方法. 1)集合表达式 2)关系矩阵 3)关系图 2 接下来的课程,我们将学习关系的运算,关系的性质等.
27
作业（清华版）
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7.3 关系的运算
关系矩阵表示从A到B的关系
关系矩阵：若A={x1, x2, …, xm}，B={y1, y2, …, yn}，R 是从A到B的关系，R的关系矩阵是布尔矩阵MR = [ rij ] mn, 其中 rij = 1 < xi, yj> R. 注意：A, B为有穷集，关系矩阵适于表示从A到B的 关系或者A上的关系
3)R的域fidR: R的定义域和值域的并集
fldR=domR∪ranR
例1 R={<1,2>,<1,3>,<2,4>,<4,3>}, 则
domR={1, 2, 4}
ranR={2, 3, 4}
fldR={1, 2, 3, 4}
30
关系的基本运算定义（续）
1)关系的逆 R的记作 R1 = {<y,x> | <x,y>R} R 求关系的逆就是把其中的有序对颠倒过来 .
离散数学第四章-二元关系和函数
(2) 笛卡儿积是集合，有关集合的运算都适合。
(3) 一般，A B B A 。
5
3、笛卡儿积运算对 或 满足分配律
(1) A(B C) (A B) (AC) (2) (B C) A (B A) (C A) (3) A(B C) (A B) (AC) (4) (B C) A (B A) (C A)
解： (A) ,{a},{b}, A ，
R , , ,{a} , ,{b} ,
, A , {a},{a} , {a}, A ,
{b},{b} , {b}, A , A, A
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4、A 上二元关系的表示法。
集合表示法 有三种 矩阵表示法
图形表示法
15
一般：设 A {x1, x2, , xn}
1、定义：
(1) 若集合R为空集或它的元素都是有序对， 则称 R 为二元关系。 若 x, y R ，则记作 xRy ，
否则，记作 xRy 。 (2) A B的任何一个子集都称作从A到B的一个二元关系。
特别地，当 A B 时，称作 A上的二元关系。
例、 A {a,b} ，B {0,1, 2}
设 R1 a, 0 , b, 0 , b, 2 R2 R3 A B
传递的。
26
例6、判断下图中的关系分别具有哪些性质。
解：R5 既不是自反也不是反自反的，
反对称的，传递的。
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例6、判断下图中的关系分别具有哪些性质。
解：R6 是反自反的，既不是对称
又不是反对称，不是传递的。
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例7：设 R1, R2 为 A上的对称关系， 证明R1 R2 也是 A上的对称关系。 证明：对任意 x, y
离散数学-第四章 关系-内容提要
{}
传递。
(5)如 果 VJ
:IT{∶ ∶ ∶ ∶ 蚕 ⒈11∶⒈ ∶ Ll ;, 翕 罐 ∶ ∶ ∶ 置 R在 A上
:I∶
:: 1∷
Vj V石
(Π
、 、 y,z)∈ R→ 〈 R∧ 〈 J,z〉 ∈ R),则 称 Π ,y,z∈ A∧ 〈 ,j〉 ∈
1亠
判别法
:
利用关系表达式判别 (1)R在 A上 白反 ㈡rA∈ R。
,
系:简 称全胛 蜮 线序 曳
柙
\宀
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° Γ ˉ叽
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,
、
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:
轱
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跃
:
h,如 果 J≤ y∨ y※ J,贝 刂 ∈ 称
J与 j可 比。
称 y覆 盖 J。
偏序集中的特殊元素
得 ⒎ 则
:
y,z〉 ∈ S))。 ∈ R∧ 〈
有关基本运算的定理 ・ 定理 4.1 设 F是 任意的关系 ,则
(1)(Fˉ l)ˉ ^l=F。
・
(2)domFˉ ˉ ∴ =ranF,ranF~l=domF。
定理 4.2 设 F,G,Ⅳ 是任意的关系 ,则 (1)(F° G)° H=Fo(G° H), (2)(FoG)ˉ l=G^loF_ˉ
:
(2)R在 (3)R在 (4)R在 (5)R在 (1)R在 (2)R在 (3)R在 (4)R在
A上 反 自反 ⑶R∩ rA=¤ 。 A上 对称 山R=Rl。 ; A上 反对称 ㈡R∩ R~l∈ A上 传递 ㈡R。 R∈ R。
离散数学(集合论)
D.M 律
双重否 定
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E
补元律 零律 同一律
AA= A= A=A
AA=E AE=E AE=A
否定
=E
27
E=
第3章 集合的基本概念和运算
3.1 集合的基本概念
3.2 集合的基本运算
3.3 集合中元素的计数
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3.3 集合中元素的计数
集合的基数与有穷集合 包含排斥原理 有穷集的计数
0 n 1 n n n n
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幂 集 定义
P(A) = { B | BA }
设 A={a,b,c},则 P(A)={,{a},{b},{c},{a,b},{a,c},{b,c}{a,b,c}}
计数: 如果 |A| = n，则 |P(A)| = 2n
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空集和全集 空集：不含任何元素的集合,记为
42
文氏图法
求1到1000之间（包含1和1000在内）既不能被 5 和6 整除， 也不能被 8 整除的数有多少个？
43
例2 24名科技人员，每人至少会1门外语. 英语：13； 日语：5； 德语：10； 法语：9 英日：2; 英德：4； 英法：4； 法德：4 会日语的不会法语、德语 求：只会 1 种语言人数，会 3 种语言人数
元素
a A
a A
表示方法：列举法A={a,b,c,d} 描述法 B={x|x∈Z,3<x≤6} …
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集合与元素的关系
Ａ＝｛a，｛b， c｝，d ｝
aA
｛b, c｝ A
b x( x A x B) A
包含 A B x (xA xB)
(4)
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3.1 容斥原理
又 A U A,
离散数学 二元关系
<x,y>R xRy 也称之为x与y有Ｒ关系。 后缀表示 中缀表示
<x,y>R xRy 也称之为x与y没有Ｒ关系。
例3. R是实数集合，R上的几个熟知的关系
≤ ≥ =
y x2+y2=4
x
从例3中可以看出关系是序偶(点)的集合 (构成线、面)。
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作业 P105 ⑵
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4-2 关系及其表示法
相关 按照某种规则，确认了二个对象或多个
对象之间有关系，称这二个对象或多个对象是相 关的。
例1： 大写英文字母与五单位代码的对应关系R1: 令α={A,B,C,D,…Z}
β={30,23,16,22,…,21}是五单位代码集合
β={11000, 10011, 01110, 10010,…, 10001} R1={<A,30>,<B,23>,<C,16>,...,<Z,21>}α×β
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AB (CACB)。
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5) 设A、B、C、D为非空集合，则 ABCDAC∧BD 证明：首先,由ABCD 证明AC∧BD 任取xA，任取yB，所以 xAyB<x,y>A×B <x,y>C×D (由ABCD ) xCyD 所以, AC∧BD。 其次, 由AC，BD 证明ABCD 任取<x,y>A×B xAyB xCyD (由AC，BD) <x,y>C×D 所以, ABCD 证毕。
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关系的表示方法 枚举法： 即将关系中所有序偶一一列举出，写在大括号内。 如R ={ <1,1>,<1,2>,<1,3>, <1,4>, <2,2>, <2,3>, <2,4>, <3,3>, <3,4>, <4,4>} 。 谓词公式法： 即用谓词公式表示序偶的第一元素与第二元素间 的关系。例如 R={<x,y>|x<y} 有向图法： RA×B,用两组小圆圈(称为 结点)分别表示A和B 的元素，当<x,y>R时，从x到y引一条有向弧 (边)。这样得到的图形称为R的关系图。
离散数学 二元关系(3)
则a,b∈A，a≠b，且<a,b>∈R，<b,a>∈R，
因R是传递的，∴<a,a>∈R，<b,b>∈R。
与R是反自反的矛盾。
∴R具有反对称性。
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计算机科学与技术学院
Discrete Mathematics 有关说明: (1). 由反自反性和传递性可以推出反对称性。
(2). 拟序关系具有反自反性，反对称性和传递性。
最大元不存在，极大元是4、6、15。
(3).B3={2,3,4,6,12,30}，则B3 的最大元、最小元均 不存在；极大元是12、30，极小元是2、3。
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Discrete Mathematics 3、上界、下界、上确界、下确界 定义 设<A,≤>是偏序集，集合BA
系用哈斯图表示。
哈斯图是关系图的简化，其省略方法如下:
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Discrete Mathematics (1). 把所有结点的自回路均省略，只用一个结点
表示A的元素。
(2). 省略所有有向边的方向，通过适当排列A中
元素的位置来确定它们的关系，如a≤b，则a画
在b的下方(向上画)。 (3).如a≤b，b≤c，则必有a≤c。所以，如a到b有 边，b到c有边，则把a到c的有向边省略掉。
④4≤5，5≤4两者均不成立，4、5的位置的高低不 决定两者的序关系。 ⑤该关系图共有14条有向弧，而哈斯图共有6条边， 省略了8条边。 4 6
5 2 1 8 3
西南科技athematics (2).哈斯图为：
(3).A={ａ,ｂ,ｃ}，则包含关系R是ρ(A)上的偏 序关系。则<ρ(A)，R>是偏序集,其哈斯图如下:
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笛卡儿积
定义 设A, B为集合，用A中元素为第一个元素， B中元素为第二个元素，构成有序对. 所有这样 的有序对组成的集合叫做 A与B 的笛卡儿积 记作AB， 即 AB ={ <x,y> | xA yB }
当A1=A2 =…=An时，可将它们的n阶笛卡尔积记作An 例如：A={a,b},则 A3={<a,a,a>,<a,a,b>,<a,b,a>,<a,b,b>,<b,a,a>,<b,a,b
>,<b,b,a>,<b,b,b>}
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二元关系：集合中两个元素之间的某种关系
例1 甲、乙、丙3个人进行乒乓球比赛，任何两个人之间都要比赛一场。 假设比赛结果是乙胜甲，甲胜丙，乙胜丙。 比赛结果可表示为： {<乙,甲>， <甲,丙 >， <乙,丙>}，其中<x,y>表示x 胜y，它表示了集合{甲,乙,丙}中元素之间的一种胜负关系.
第4章 二元关系与函数
4.1 集合的笛卡儿积与二元关系 4.2 关系的运算 4.3 关系的性质 4.4 关系的闭包 4.5 等价关系和偏序关系 4.6 函数的定义和性质 4.7 函数的复合和反函数
1
4.1 集合的笛卡儿积和二元关系
有序对
笛卡儿积及其性质 二元关系的定义 二元关系的表示
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(2)(AB)(C D)=(AC)(B D) 解：不成立，若A=D= B=C= {1} 则有： (AB)(C D)= B C={<1,1>}
(3)(A-B)(C-D)=(AC)-(BD) 解：不成立， A=B={1} C={2} D={3} (A-B)(C-D)= (AC)-(BD) = {<1,2>} {<1,3>}={<1,2>}
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例4 (1) 证明 A B C D AC BD (2) AC BD是否推出 A B C D
解 (1) 任取<x,y> <x,y>AC xA yC xB yD <x,y>BD
(2) 不一定. 反例如下： A={1}，B={2}, C=D=
(4)(AB)(CD)=(AC)(BD) 解：A={1} B= C= D={1} (AB)(CD)={1,1} (AC)(BD)=
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设A1,A2, … ,An是集合(n≥2),它们的n阶笛卡尔积记
作A1A2 … An,其中A1A2 … An={<x1,x2, … ,xn> ︱x1A1, x2 A2 , …,xnAn}.
例1 <2, x+5> = <3y 4, y>，求 x, y. 解 3y 4 = 2, x+5 = y y = 2, x = 3
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有序 n 元组
定义 一个有序 n (n3) 元组 <x1, x2, …, xn> 是一个 有序对，其中第一个元素是一个有序 n-1元组，即
<x1, x2, …, xn> = < <x1, x2, …, xn-1>, xn> 实例 ：空间直角坐标系中的坐标 <3，5，－6>
例2 A={1,2,3}, B={a,b,c} AB ={<1,a>,<1,b>,<1,c>,<2,a>,<2,b>,<2,c>,
<3,a>,<3,b>,<3,c>} BA ={<a,1>,<b,1>,<c,1>,<a,2>,<b,2>,<c,2>,
<a,3>, <b,3>,<c,3>} A={}, P(A)A={<,>, <{},>}
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笛卡儿积的性质
不适合交换律 ABBபைடு நூலகம் (AB, A, B)
不适合结合律 (AB)CA(BC) (A, B) 对于并或交运算满足分配律
A(BC)=(AB)(AC) (BC)A=(BA)(CA) A(BC)=(AB)(AC) (BC)A=(BA)(CA) 若A或B中有一个为空集，则AB就是空集.
A=B= 若|A|=m, |B|=n, 则 |AB|=mn
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性质的证明
证明 A(BC)=(AB)(AC) 证 任取<x,y>
<x,y>∈A×(B∪C) x∈A∧y∈B∪C x∈A∧(y∈B∨y∈C) (x∈A∧y∈B)∨(x∈A∧y∈C) <x,y>∈A×B∨<x,y>∈A×C <x,y>∈(A×B)∪(A×C)
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有序对
定义 由两个元素 x 和 y，按照一定的顺序组成的 二元组称为有序对，记作<x,y>
实例：平面直角坐标系中点的坐标< 3,4 > 有序对性质
1） 有序性 <x,y><y,x> （当x y时）
2）<x,y> 与 <u,v> 相等的充分必要条件是 <x,y>=<u,v> x=u y=v
例2 有A、B、C3个人和四项工作G1、 G2、 G3、 G4，已知A可以从事 工作G1和G4，B可以从事工作G3，C可以从事工作G1和G2. 那么，人和工作之间的对应关系可以记作
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例5 设A、B、C、D为任意集合，判断以下等式是否成立， 说明为什么。
(1) (AB)(C D)=(AC)(B D) (2) (AB)(CD)=(AC)(B D) (3) (A-B)(C-D)=(AC)-(BD) (4) (AB)(CD)=(AC)(BD) 解： (1)成立，因为对任意的<x,y> <x,y> (AB)(C D) xA B y C D xA x B y C y D <x,y> AC <x,y> BD
所以有A×(B∪C) = (A×B)∪(A×C).
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例题
例3 (1) 证明 A=B C=D AC=BD (2) AC=BD是否推出 A=B C=D ? 为什么？
解 (1) 任取<x,y> <x,y>AC xA yC
xB yD <x,y>BD
(2) 不一定. 反例如下： A={1}，B={2}, C=D=, 则 AC=BD 但是 AB.