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一、等价关系


二、集合的划分


三、偏序关系


四、偏序关系的哈斯图


五、偏序集中极小元,极大元,最小元,最大元,上界,下界,上确界,下确界。

 等价关系和偏序关系

重点:(1) 掌握等价关系和等价类的概念,

   (2) 上的等价关系与集合 的划分之间的联系,

   (3) 掌握偏序关系的概念,

   (4) 偏序集哈斯图的画法。

一、等价关系

1、等价关系的定义。

  若 上关系 满足自反,对称,传递,则称 为 上的等价关系。若 ,记 。

  例1、(1) 集合 上的恒等关系,全域关系是等价关系。

     (2) 三角形的全等关系,三角形的相似关系是等价关系。

     (3) 在一个班级里“年龄相等”的关系是等价关系。

  例2、 , (其中 也就是 ,称模 的同余关系),验证 为 上的等价关系。

  证明: ,

  显然, 满足自反,对称,传递,所以 是等价关系。

   的关系图如下:


  

  其中 , 。

  把模 的同余关系推广,对正整数 ,整数集 上模 的同余关系是等价关系:

  事实上:(1) , ,故 , 是自反的。

  (2) 若 ,即 ,则 ,故 , 是对称的。

  (3) 若 , ,即 , ,因 ,所以 ,故 , 是传递的。

  由(1),(2),(3), 是等价关系。

  例3、设 是 上的自反关系,且当 , 时,有 ,证明 是等价关系。

  证明:已知 是自反的,要证 是等价关系,只要证 是对称的和传递的即可。

  若 ,由 及 ( 是自反的),有 ,所以 是对称的。

  若 , ,由 的对称性,有 ,又 ,所以 ,所以 是传递的。

  由于 是自反,对称,传递的,故 是等价关系。

2、等价类。

  (1)定义:设 是非空集合 上的等价关系,对 ,记

  

  则称 为 关于 的等价类,简称 的等价类,记 。

  在例2中,有

  

  

   。

  (2) 性质。(证明略)

  定理: 是非空集合 上的等价关系, ,

   (ⅰ) ,且 ,

   (ⅱ) 若 ,则 ,

   (ⅲ) 若 ,则 ,

   (ⅳ) 。

  在例2中, , , 都是 的非空子集, , 或 (由 或 决定), 。

3、商集。

  定义:设 为非空集合 上的等价关系,以 的不交的等价类为元素的集合叫做 在 下的商集,记作 ,即 。

  例如:在例2中, 。

  例4、(1) 非空集合 上的恒等关系 是等价关系, , ,所以商集 。

   (2) 非空集合 上的全域关系 是等价关系, , ,所以商集 。

  例5、整数集 上模 的等价关系

  其等价类是:

   

   

   

   ……

   

  商集

二、集合的划分

1、划分的定义。

   是非空集合, 是它的子集,满足:

  (1)

  (2)

  则称 为 的一个划分,而 称为这个划分的块。

  例6、设 ,判断下列子集族是否 的划分。

   (1) ,

   (2) ,

   (3) ,

   (4) ,

   (5) 。

  解:(1),(2),(3)不是 的划分,(4),(5)是 的划分。

2、集合 的一个划分确定 的一个等价关系。

  比较某集合 的划分与 的等价关系的商集的定义,可以发现, 上的一个划分 把 分成若干划分块,若定义同一块中的元素有关系 ,可以证明 是 上的一个等价关系,称为划分 诱导的等价关系,则这个划分的块就是等价关系的等价类,划分就是商集。

  如例6中的(4)的划分确定 上的一个等价关系 如下:

   

  商集:

3、 上的一个等价关系可确定 的一个划分。

  若 为 上的等价关系,求出 的所有不同等价类。由于这些等价类都是 的子集,且不同等价类之间不交,所有等价类的并集就是 ,所有等价类的集合,即商集 ,就是 的一个划分,称为由 诱导的划分。

  如例2中由 诱导的划分,即 。

  由以上可知,集合 上的等价关系与集合 的划分是一一对应的。

  例7、设 ,求出 上的所有的等价关系。

  解:只需列出 上所有的划分,并找出由它们确定的等价关系。

   的不同划分只有以上五种,设对应于划分 的等价关系为 ,则有

   

   

   

   

   

  例8、设 ,在 上定义等价关系 : , 。

  则由此等价关系诱导的划分中

   (1) 共有几个划分块?

   (2) 求其中最大的块。

   (3) 求其中最小的块。

  解:依题意得:

                 

  即第一元素与第二元素之差相等的有序对互相等价,将 中的元素按差划分。

   差为 的: ,

   差为 的:

   差为 的:

   差为 的:

   差为 的:

  (1) 共有 个划分块。

  (2) 最大的划分块为:

  (3) 最小的划分块为: 和 。

三、偏序关系

1、偏序关系的定义。

  若 上关系 满足自反,反对称,传递,则称 为 上的偏序关系,简称偏序,记作 ,若 ,记 。

   也读作“ 小于等于 ”(并不是指数的大小)

  集合 与 上的偏序关系 一起叫做偏序集,记作 。

  例1、集合 上的恒等关系,幂集 上的包含关系,有理数集上的小于等于关系,正整数集上的整除关系都是偏序关系,分别记作偏序集 , , , 。

2、偏序集中的两元素可比,盖住的定义。

  设 为偏序集, ,若 或 成立,则称 是可比的,若 ( 且 ),且不存在 使得 ,则称 盖住 。

  例2、 , 为整除关系, 为偏序集。

   , ,所以 和 都是可比的,但 和 就是不可比的,因 不能整除 且 也不能整除 。对于 和 来说, 且不存在 使 ,所以, 盖住 ,同理,有 盖住 ,但 不盖住 ,因 。

3、全序集。

  设 为偏序集,若 , 和 都可比,则称 为 上的全序关系,且称 为全序集。

  例如: , 是全序集, 不是全序集。

四、偏序关系的哈斯图

1、哈斯图 。

  把偏序关系的关系图简化而得到哈斯图。步骤如下:

  (1) 对偏序集 , 中的每个元素用结点表示,结点的位置按它们在偏序中的次序由下向上排列 (即若 ,结点 排在结点 的下方)。

  (2) 若 盖住 ,则在 之间连一条线。

  例3、画出 的哈斯图,其中 分别为

  (1)

  (2) 。

  解:哈斯图如下:
       
        (1)          (2)

  例4、画出 的哈斯图,其中 分别为

   (1)

   (2) 。

  解:(1)

    (2)

  哈斯图如下:

    

  例5、 ,画出偏序集 的哈斯图。

  解:因 为全序集 (任两元素均可比)

  其哈斯图为一直线 (右图):

  例6、已知偏序集 的哈斯图(右图),

   求集合 的偏序关系 。

  解:

  

  五、偏序集中极小元,极大元,最小元,最大元,上界,下界,上确界,下确界。

1、极大、小元,最大、小元。

  定义:设 为偏序集, ,

  (1) 若 ,使得 成立,则称 是 的最小元。

  (2) 若 ,使得 成立,则称 是 的最大元。

  (3) 若 ,使得 成立,则称 是 的极小元。

  (4) 若 ,使得 成立,则称 是 的极大元。

  由定义知:

  

   。

2、上、下界,上、下确界。

  定义:设 为偏序集, ,

  (1) 若存在 ,使得 成立,则称 为 的上界。

  (2) 若存在 ,使得 成立,则称 为 的下界。

  (3) 令 ,称 中最小元为 的上确界(最小上界)。

  (4) 令 ,称 中最大元为 的下确界(最大下界)。

  由定义知:

  例7、 ,偏序集 ,

  求 的最大、小元,极大、小元,上、下界,上、下确界。

  (1)

  (2) 。  

  解:(1) 的最大元:无,最小元:无,

    极大元: ,极小元: ,

    上界: ,下界: ,

    上确界: ,下确界: 。

    (2) 的最大元: ,最小元:无,

    极大元: ,极小元:

    上界: ,下界:

    上确界: ,下确界: 。

  例8、设 ,问:

  (1) 上可以定义多少种不同的二元关系?

  (2) 其中有多少种等价关系?

  (3) 其中有多少种偏序关系?

  (4) 和空关系 是等价关系吗?是偏序关系吗?

  解:(1) 因 , , 的不同子集共 个。也就是说 上可以定义 种不同的二元关系。

   (2) 因 ,不同的划分只有两种,即 和 ,所以只有 种等价关系。

  (3) 因 只有 个元素,不同的哈斯图只有以下三种:

      

所以,有 种偏序关系。

  (4) 满足自反,对称和反对称,传递,所以 既是等价关系,又是偏序关系。

   不满足自反性,所以既不是等价关系,又不是偏序关系。

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