离散数学课后习题答案左孝凌版)

3-8.1 根据图3-8.1中的有向图,写出邻接矩阵和关系R,并求出R的自反闭包和对称闭包。 解 a M1 1 0 R= 0 0 1 b c 0 1 0 图3-8.1 R={<a,a>,<a,b>,<b,c>,<c,b>= r(R)= R∪IX ={<a,a>,<b,b>,<c,c>,<a,b>,<b,c>,<c,b>= s(R)= R∪RC={<a,a>,<a,b>,<b,a>,<b,c>,<c,b>} 3-8.2 设集合A={a,b,c,d}A上的关系 R={<a,b>,<b,a>,<b,c>,<c,d>} a) 用矩阵运算和作图方法求出R的自反、对称、传递闭包; b) 用Warshall算法,求出R的传递闭包。 解 a) 0 1 0 0 MR= 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 R的关系图如图所示。 a b d c M0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 R+MIA= 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 + 0 0 1 0 = 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 r(R)= R∪IA ={<a,a>,<a,b>,<b,a>,<b,b>,<b,c>,<c,c>,<c,d>,<d,d>}(图(a)) a b d c 图(a) 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 MR+MRc= 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 + 0 1 0 0 = 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 dintin@gmail.com 31

3-9.1 4个元素的集合共有多少不同的划分。 解 整数4可划分为:4,1+3,1+1+2,2+2,1+1+1+1。 1+C12124+C4+2 C4+1=15(种) 3-9.2 设{A1,A2,…,Ak}是集合A的一个划分,我们定义A上的一个二元关系R,使<a,b>∈R当且仅当a和b在这个划分的同一块中。证明R是自反的,对称的,和传递的。 证明 设对任意a∈A,则必存在Ai,使a∈Ai,因a与a必可看作在同一块中,故有<a,a>∈R。即R是自反的。 设a,b∈A,若有<a,b>∈R,则a与b必在同一块,故b与a亦在同一块,<b, a>∈R,即R是对称的。 对任意a,b,c∈A, <a,b>∈R∧<b,c>∈R ?(?i)(a∈Ai∧b∈Ai)∧(?j)(b∈Aj∧c∈Aj) ?(?i)(?j)(a∈Ai∧c∈Aj∧b∈Ai∩Aj) ?(?i)(?j)(a∈Ai∧c∈Aj∧Ai∩Aj≠?) ?(?i)(?j)(a∈Ai∧c∈Aj∧i=j)(∵i≠j?Ai∩Aj= ?) ?a,c在同一块 ?<a,c>∈R ∴R传递 dintin@gmail.com 32

3-10.1 设R和R′是集合A上的等价关系,用例子说明:R∪R′不一定是等价关系。 证明 设 A={1,2,3},S=R∪R′ R={<1,1>,<2,2>,<3,3>,<3,1>,<1,3>} R′={<1,1>,<2,2>,<3,3>,<3,2>,<2,3>} 则R∪R′={<1,1>,<2,2>,<3,3>,<3,1>,<1,3>,<3,2>,<2,3>} 因为如<2,3>∈S∧<3,1>∈S,但<2,1>?S,故R∪R′不是传递的,即R∪R′不是A上的等价关系。 3-10.2 试问由4个元素组成的有限集上所有等价关系的个数为多少? 解 因为集合X上的等价关系与X的划分是一一对应的,所以4个元素的有限集上等价关系的数目,与4个元素集合进行划分的数目是相同的,由习题3-9.1可知共有15个不同的等价关系。 3-10.3 给定集合S={1,2,3,4,5},找出S上的等价关系R,此关系R能产生划分{{1,2},{3},{4,5}},并画出关系图。 解 我们可用如下方法产生一个等价关系: R1={1,2}×{1,2}={<1,1>,<1,2>,<2,1>,<2,2>} R2={3}×{3}={<3,3>} R3={4,5}×{4,5}={<4,4>,<4,5>,<5,4>,<5,5>} R= R1∪R2∪R3={<1,1>,<1,2>,<2,1>,<2,2>,<3,3>,<4,4>,<4,5>,<5,4>,<5,5>} 关系图如图。 3-10.4 设R是一个二元关系,S={<a,b>∣对于某一c,有<a,c>∈R∧<c,b>∈R},证明若R是一个等价关系,则S也是一个等价关系。 证明 设R是A上的等价关系: (1) 对任一x∈A,因为R在A上自反,所以<x,x>∈R。由S定义,<x,x>∈S,所以S是自反的。 (2) 对任意x,y∈A,若<x,y>∈S,则存在某个c,使得<x,c>∈R∧<c,y>∈R,因为R是对称,故有:<y,c>∈R∧<c,x>∈R,由S的定义,可知<y,x>∈S,所以S是对称的。 (3) 对任意x,y,z∈A,若<x,y>∈S,及<y,z>∈S,则必存在某个c1,使<x,c1>∈R,<c1,y>∈R。由R的传递性,可知<x,y>∈R,同理存在c2,使<y,c2>∈R∧<c2,z>∈R,由R传递,可知<y,z>∈R。再由S定义,得<x,z>∈S。故S是传递的。 3-10.5 设正整数的序偶集合A,在A上定义二元关系R如下:<<x,y>, <u,v>>∈R,当且仅当xv=yu,证明R是一个等价关系。

证明 设A上定义的二元关系R为:

<<x,y>, <u,v>>∈R?xu

y =v

① 对任意<x,y>∈A,因为xx

y =y ,所以

<<x,y>, <x,y>>∈R 即R是自反的。

② 设<x,y>∈A,<u,v>∈A,若

<<x,y>, <u,v>>∈R?xy =uv ?uv =x

y ?<<u,v>,<x,y>>∈R

即R是对称的。

③ 设任意<x,y>∈A,<u,v>∈A,<w,s>∈A,对

<<x,y>, <u,v>>∈R∧<<u,v>, <w,s>>∈R

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xuuwxw?( = )∧( = )? =

yvvsys

?<<x,y>, <w,s>>∈R

故R是传递的,于是R是A上的等价关系。

3-10.6 设R是集合A 上的对称和传递关系,证明如果对于A中的每一个元素a,在A中同时也存在b,使在R之中,则R是一个等价关系。

证明 对任意a∈A,必存在一个b∈A,使得<a,b>∈R. 因为R是传递的和对称的,故有:

<a,b>∈R∧<b, c>∈R?<a, c>∈R?<c,a>∈R 由<a,c>∈R∧<c, a>∈R?<a,a>∈R

所以R在A上是自反的,即R是A上的等价关系。

3-10.7 设R1和R2是非空集合A上的等价关系,试确定下述各式,哪些是A上的等价关系,对不是的式子,提供反例证明。 a)(A×A)-R1; b)R1-R2;

2

c)R1; d) r(R1-R2)(即R1-R2的自反闭包)。 解 a)(A×A)-R1不是A上等价关系。例如:

A={a,b},R1={<a,a>,<b,b>}

A×A={<a,a>,<a,b>,<b,a>,<b,b>} (A×A)-R1={<a,b>,<b,a>} 所以(A×A)-R1不是A上等价关系。 b)设 A={a,b,c}

R1={<a,b>,<b,a>,<b,c>,<c,b>,<a,c>,<c,a>,<a,a>,<b,b>,<c,c>} R2={<a,a>,<b,b>,<c,c>,<b,c>,<c,b>} R1-R2={<a,b>,<b,a>,<a,c>,<c,a>}

所以R1和R2是A上等价关系,但R1-R2不是A上等价关系。 c)若R1是A上等价关系,则

<a,a>∈R1?<a,a>∈R1○R1

2

所以R1是A上自反的。

2

若<a,b>∈R1则存在c,使得<a, c>∈R1∧<c,b>∈R1。因R1对称,故有

2

<b, c>∈R1∧<c,a>∈R1?<b, a>∈R1

2

即R1是对称的。

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若<a,b>∈R1∧<b, c>∈R1,则有 <a,b>∈R1○R1∧<b, c>∈R1○R1 ?(?e1)(<a, e1>∈R1∧<e1, b>∈R1) ∧(?e2)(<b, e2>∈R1∧<e2, c>∈R1) ?<a,b>∈R1∧<b, c>∈R1(∵R1传递)

2

?<a,c>∈R1

2

即R1是传递的。

2

故R1是A上的等价关系。

d)如b)所设,R1和R2是A上的等价关系,但 r(R1-R2)=(R1-R2)∪IA

={<a,b>, <b,a>, <a,c>,<c,a>,<a,a>,<b,b>, <c,c>} 不是A上的等价关系。

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**

3-10.8 设C是实数部分非零的全体复数组成的集合,C上的关系R定义为:(a+bi)R(c+di)?ac>0,证明R是等价关系,并给出关系R的等价类的几何说明。

2

证明:(1)对任意非零实数a,有a>0?(a+bi)R(a+bi)

*

故R在C上是自反的。

(2) 对任意(a+bi)R(c+di)?ac>0, 因ca=ac>0?(c+di)R(a+bi),

*

所以R在C上是对称的。

(3)设(a+bi)R(c+di) ,(c+di)R(u+vi),则有ac>0?cu>0 若c>0,则a>0?u>0? au>0 若c<0,则a<0?u<0? au>0

*

所以(a+bi)R(u+vi),即R在C上是传递的。

关系R的等价类,就是复数平面上第一、四象限上的点,或第二、三象限上的点,因为在这两种情况下,任意两个点(a,b),(c,d),其横坐标乘积ac>0。

3-10.9 设Π和Π?是非空集合A上的划分,并设R和R?分别为由Π和Π?诱导的等价关系,那么Π?细分Π的充要条件是R? ? R。

证明:若Π?细分Π。由假设aR?b,则在Π?中有某个块S?,使得a,b∈S?,因Π?细分Π,故在Π中,必有某个块S,使S?? S,即a,b∈S,于是有aRb,即R? ? R。

反之,若R? ? R,令S?为H?的一个分块,且a∈S?,则S?=[a]R?={x|xR?a}

但对每一个x,若xR?a,因R? ? R,故xRa,因此{x|xR?a} ?{x|xRa}即[a]R? ?[a]R 设S=[a]R,则S?? S

这就证明了Π?细分Π。

3-10.10 设Rj是表示I上的模j等价关系,Rk是表示I上的模k等价关系,证明I/Rk细分I/Rj当且仅当k是j的整数倍。

证明:由题设Rj={|x≡y(modj)}

Rk={|x≡y(modk)}

∈Rj?x-y=c?j (对某个c∈I) ∈Rk?x-y=d?k (对某个d∈I) a)假设I/Rk细分I/Rj,则Rk ? Rj 因此∈Rk?∈Rj 故k-0=1?k=c?j (对某个c∈I) 于是k是j的整数倍。

b)若对于某个r∈I,有k=rj则: ∈Rk?x-y=ck (对某个c∈I) ? x-y=crj (对某个c,r∈I) ?∈Rj

因此,Rk ? Rj,于是I/Rk细分I/Rj

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