序偶定义
由两个元素x和y(x=y)按一定顺序排列成的二元组叫做一个有序对或序偶,记作<x,y>,其中x是它的
第一元素,y是它的第二元素。
有序对<x,y>;具有以下性质:
1.当x≠y时,<x,y>;≠<y,x>.
2.<x,y>=<u,v>;的充分必要条件是x=u且y=v.
这些性质是二元集{x,y}所不具备的。例如当x≠y时有{x,y}={y,x}。原因在于有序对中的元素是有序的
,而集合中的元素是无序的。
例:已知<x+2,4>=<5,2x+y>;,求x和y。
解:由有序对相等的充要条件有 x+2=5和2x+y=4 联立解得 x=3,y=-2.
笛卡尔积定义
设A,B为集合,用A中元素为第一元素,B中元素为第二元素构成的有序对,所有这样的有序对组成的集合
叫做A与B的笛卡尔积,记作AxB.
笛卡尔积的符号化为:
AxB={<x,y>|x∈A∧y∈B}
例如,A={a,b},B={0,1,2},则
AxB={<a,o>,<a,1>,<a,2>,<b,0>,<b,1>,<b,2>,}
BxA={<0,a>,<0,b>,<1,a>,<1,b>,<2,a>,<2,b>}
笛卡尔积的运算性质
1.对任意集合A,根据定义有
AxΦ =Φ ,Φ xA=Φ
2.一般地说,笛卡尔积运算不满足交换律,即
AxB≠BxA(当A≠Φ ∧B≠Φ∧A≠B时)
3.笛卡尔积运算不满足结合律,即
(AxB)xC≠Ax(BxC)(当A≠Φ ∧B≠Φ∧C≠Φ时)
4.笛卡尔积运算对并和交运算满足分配律,即
Ax(B∪C)=(AxB)∪(AxC)
(B∪C)xA=(BxA)∪(CxA)
Ax(B∩C)=(AxB)∩(AxC)
(B∩C)xA=(BxA)∩(CxA)
推导过程
给定一组域D1,D2,…,Dn,这些域中可以有相同的。D1,D2,…,Dn的
笛卡尔积为:
D1×D2×…×Dn={(d1,d2,…,dn)|di∈Di,i=1,2,…,n}
所有
域的所有取值的一个组合不能重复
案例
给出三个域:
D1=SUPERVISOR ={ 张清玫,刘逸 }
D2=SPECIALITY={计算机专业,信息专业}
D3=POSTGRADUATE={
李勇,
刘晨,
王敏}
则D1,D2,D3的笛卡尔积为D:
D=D1×D2×D3 =
{(张清玫,计算机专业,李勇),(张清玫,计算机专业,刘晨),
(张清玫,计算机专业,王敏),(张清玫,信息专业,李勇),
(张清玫,信息专业,刘晨),(张清玫,信息专业,王敏),
(刘逸,计算机专业,李勇),(刘逸,计算机专业,刘晨),
(刘逸,计算机专业,王敏),(刘逸,信息专业,李勇),
(刘逸,信息专业,刘晨),(刘逸,信息专业,王敏) }
这样就把D1,D2,D3这三个集合中的每个元素加以对应组合,形成庞大的集合群。
本个例子中的D中就会有2X2X3个元素,如果一个集合有1000个元素,有这样3个集合,他们的笛卡尔积所组成的新集合会达到十亿个元素。假若某个集合是无限集,那么新的集合就将是有无限个元素。
在日常生活中,有许多事物是成对出现的,而且这种成对出现的事物,具有一定的顺序。例如,上,下;左,右;3〈4;
张华高于
李明;
中国地处亚洲;平面上点的坐标等。一般地说,两个具有固定次序的客体组成一个序偶,它常常表达两个客体之间的关系。记作〈x,y〉。上述各例可分别表示为〈上,下〉;〈左,右〉;〈3,4〉;〈张华,李明〉;〈中国,亚洲〉;〈a,b〉等。
序偶可以看作是具有两个元素的集合。但它与一般集合不同的是序偶具有确定的次序。在集合中{a,b}={b,a},但对序偶〈a,b〉≠〈b,a〉。
设x,y为任意对象,称集合{{x},{x,y}}为二元有序组,或序偶(ordered pairs),简记为<x,y>;。称x为<x,y>;的第一分量,称y为第二分量。
定义
3-4.1 对任意序偶<a,b>,<c,d >,<a,b> = <c,d > 当且仅当a=c且b = d。
递归定义n元序组 <a1,…,an>
<a1,a2> ={{a1},{a1,a2}}
<a1,a2,a3 > = { {a1},{a1,a2},{a1,a2,a3}}
= < <a1,a2 >,a3 >
<a1,…an> = <<a1,…an-1>,an>
两个n元序组相等
< a1,…an >= < b1,…bn >Û(a1=b1) ∧ …∧ (an=bn)
定义3-4.2 对任意集合 A1,A2,…,An,
(1)A1×A2,称为集合A1,A2的笛卡尔积(Cartesian product),定义为
A1 ×A2={x | $u $v(x = <u,v>;∧u ÎA1∧vÎA2)}={<u,v> | u ÎA1∧vÎA2}
(2)递归地定义 A1 × A2× … × An
A1 × A2×… × An= (A1× A2 × …× An-1)×An
例题1 若A={α,β},B={1,2,3},求A×B,A×A,B×B以及(A×B)Ç;(B×A)。
解 A×B={〈α,1〉,〈α,2〉,〈α,3〉,〈β,1〉,〈β,2〉,<;β,3〉}
B×A={〈1,α〉,〈1,β〉,〈2,α〉,〈2,β〉,〈3,α〉,〈3,β〉}
A×A={〈α,α〉,〈α,β〉,〈β,α〉,〈β,β〉}
B×B={〈1,1〉,〈1,2〉,〈1,3〉,〈2,1〉,〈2,2〉,〈2,3〉,〈3,1〉,〈3,2〉,〈3,3〉}
(A×B)Ç;(B×A)=Æ
由例题1可以看到(A×B)Ç;(B×A)=Æ
我们约定若A=Æ;或B=Æ;,则A×B=Æ;。
由笛卡尔定义可知:
(A×B)×C={〈〈a,b〉,c〉|(〈a,b〉∈A×B)∧(c∈C)}
={〈a,b,c〉|(a∈A)∧(b∈B)∧(c∈C)}
A×(B×C)={〈a,〈b,c〉〉|(a∈A)∧(〈b,c〉∈B×C)}
由于〈a,〈b,c〉〉不是三元组,所以
(A×B)×C ≠A×(B×C)
定理3-4.1 设A,B,C为任意集合,*表示 È;,Ç;或 – 运算,那么有如下结论:
笛卡尔积对于并、交差运算可左分配。即:
A×(B*C)=(A×B)*(A×C)
笛卡尔积对于并、交差运算可右分配。即:
(B*C) ×A=(B×A)*(C×A)
证明
¤ 当*表示 È;时,结论(1)的证明思路:(讨论叙述法)
先证明A×(B È C)Í(A×B) È (A×C) 从<x,y>;∈A×(BÈC)出发,推出<x,y>;∈(A ×B) È (A×C)
再证明(A×B) È (A×C) Í A×(B È C)
从<x,y>;∈(A×B) È (A×C)出发,推出<x,y>;∈A×(BÈC)
当*表示 È;时,结论(2)的证明思路:(谓词演算法) 见P-103页。¤
定理3-4.2 设A,B,C为任意集合,若C ≠ F,那么有如下结论:
AÍBÛ(A×C ÍB×C) Û (C×AÍC×B) ¤
定理前半部分证明思路 :(谓词演算法)
先证明AÍB Þ (A×CÍB×C)
以AÍB 为条件,从<x,y>;∈A×C出发,推出<x,y>;∈B×C
得出(A×CÍB×C)结论。
再证明(A×C ÍB×C) Þ AÍB
以C≠F为条件,从x∈A出发,对于y∈C,利用Þ;附加式,推出x∈B
得出(AÍB)结论。见P-103页。¤
定理
3-4.3 设A,B,C,D为任意四个非空集合,那么有如下结论:
A×B Í C×D的
充分必要条件是AÍ C,BÍ D
¤证明思路:(谓词演算法)
先证明充分性:A×B Í C×D Þ AÍ C,BÍ D
对于任意的x∈A、y∈B,从<x,y>;∈A×B出发,利用条件A×BÍ C×D, <x,y>;∈C×D,推出x∈C, y∈D。
再证明必要性:AÍ C,BÍ D ÞA×BÍ C×D
对于任意的x∈A、y∈B,从<x,y>;∈A×B出发,推出<x,y>;∈C×D。
直积
笛卡尔(Cartesian Product)乘积又叫
直积。设A、B是任意两个
集合,在集合A中任意取一个元素x,在集合B中任意取一个元素y,组成一个有序对(x,y),把这样的有序对作为新的元素,他们的全体组成的集合称为集合A和集合B的直积,记为A×B,即A×B={(x,y)|x∈A且y∈B}。