笛卡爾乘積

2021-09-08 02:55:37 字數 3549 閱讀 1447

笛卡爾(descartes)乘積又叫直積。假設集合a=,集合b=,則兩個集合的笛卡爾積為。可以擴充套件到多個集合的情況。類似的例子有,如果a表示某學校學生的集合,b表示該學校所有課程的集合,則a與b的笛卡爾積表示所有可能的選課情況。

目錄名稱定義

序偶定義

笛卡爾積定義

推導過程

案例 序偶與笛卡爾積

定義證明定理直積

名稱定義

序偶定義

笛卡爾積定義

推導過程

案例 序偶與笛卡爾積

定義證明定理

直積 展開

由兩個元素x和y(x=y)按一定順序排列成的二元組叫做乙個有序對或序偶,記作,其中x是它的

第一元素,y是它的第二元素。

有序對;具有以下性質:

1.當x≠y時,;≠.

2.=;的充分必要條件是x=u且y=v.

這些性質是二元集所不具備的。例如當x≠y時有=。原因在於有序對中的元素是有序的

,而集合中的元素是無序的。

例:已知=<5,2x+y>;,求x和y。

解:由有序對相等的充要條件有 x+2=5和2x+y=4 聯立解得 x=3,y=-2.設a,b為集合,用a中元素為第一元素,b中元素為第二元素構成的有序對,所有這樣的有序對組成的集合

叫做a與b的笛卡爾積,記作axb.

笛卡爾積的符號化為:

axb=

例如,a=,b=,則

axb=

bxa=

笛卡爾積的運算性質

1.對任意集合a,根據定義有

axφ =φ ,φ xa=φ

2.一般地說,笛卡爾積運算不滿**換律,即

axb≠bxa(當a≠φ ∧b≠φ∧a≠b時)

3.笛卡爾積運算不滿足結合律,即

(axb)xc≠ax(bxc)(當a≠φ ∧b≠φ∧c≠φ時)

4.笛卡爾積運算對並和交運算滿足分配律,即

ax(b∪c)=(axb)∪(axc)

(b∪c)xa=(bxa)∪(cxa)

ax(b∩c)=(axb)∩(axc)

(b∩c)xa=(bxa)∩(cxa)給定一組域d1,d2,…,dn,這些域中可以有相同的。d1,d2,…,dn的

笛卡爾積為:

d1×d2×…×dn=

所有域的所有取值的乙個組合不能重複給出三個域:

d1=supervisor =

d2=speciality=

d3=postgraduate=

則d1,d2,d3的笛卡爾積為d:

d=d1×d2×d3 =

這樣就把d1,d2,d3這三個集合中的每個元素加以對應組合,形成龐大的集合群。

本個例子中的d中就會有2x2x3個元素,如果乙個集合有1000個元素,有這樣3個集合,他們的笛卡爾積所組成的新集合會達到十億個元素。假若某個集合是無限集,那麼新的集合就將是有無限個元素。

在日常生活中,有許多事物是成對出現的,而且這種成對出現的事物,具有一定的順序。例如,上,下;左,右;3〈4;

張華高於

李明;中國地處亞洲;平面上點的座標等。一般地說,兩個具有固定次序的客體組成乙個序偶,它常常表達兩個客體之間的關係。記作〈x,y〉。上述各例可分別表示為〈上,下〉;〈左,右〉;〈3,4〉;〈張華,李明〉;〈中國,亞洲〉;〈a,b〉等。

序偶可以看作是具有兩個元素的集合。但它與一般集合不同的是序偶具有確定的次序。在集合中=,但對序偶〈a,b〉≠〈b,a〉。

設x,y為任意物件,稱集合,}為二元有序組,或序偶(ordered pairs),簡記為;。稱x為;的第一分量,稱y為第二分量。3-4.1 對任意序偶,,= 當且僅當a=c且b = d。

遞迴定義n元序組

=,}

= ,,}

= < ,a3 >

= <,an>

兩個n元序組相等

< a1,…an >= < b1,…bn >û(a1=b1) ∧ …∧ (an=bn)

定義3-4.2 對任意集合 a1,a2,…,an,

(1)a1×a2,稱為集合a1,a2的笛卡爾積(cartesian product),定義為

a1 ×a2==

(2)遞迴地定義 a1 × a2× … × an

a1 × a2×… × an= (a1× a2 × …× an-1)×an

例題1 若a=,b=,求a×b,a×a,b×b以及(a×b)ç;(b×a)。

解 a×b=

b×a=

a×a=

b×b=

(a×b)ç;(b×a)=æ

由例題1可以看到(a×b)ç;(b×a)=æ

我們約定若a=æ;或b=æ;,則a×b=æ;。

由笛卡爾定義可知:

(a×b)×c=

= a×(b×c)=

由於〈a,〈b,c〉〉不是三元組,所以

(a×b)×c ≠a×(b×c)

定理3-4.1 設a,b,c為任意集合,*表示 è;,ç;或 – 運算,那麼有如下結論:

笛卡爾積對於並、交差運算可左分配。即:

a×(b*c)=(a×b)*(a×c)

笛卡爾積對於並、交差運算可右分配。即:

(b*c) ×a=(b×a)*(c×a)¤ 當*表示 è;時,結論(1)的證明思路:(討論敘述法)

先證明a×(b è c)í(a×b) è (a×c) 從;∈a×(bèc)出發,推出;∈(a ×b) è (a×c)

再證明(a×b) è (a×c) í a×(b è c)

從;∈(a×b) è (a×c)出發,推出;∈a×(bèc)

當*表示 è;時,結論(2)的證明思路:(謂詞演算法) 見p-103頁。¤

定理3-4.2 設a,b,c為任意集合,若c ≠ f,那麼有如下結論:

aíbû(a×c íb×c) û (c×aíc×b) ¤

定理前半部分證明思路 :(謂詞演算法)

先證明aíb þ (a×cíb×c)

以aíb 為條件,從;∈a×c出發,推出;∈b×c

得出(a×cíb×c)結論。

再證明(a×c íb×c) þ aíb

以c≠f為條件,從x∈a出發,對於y∈c,利用þ;附加式,推出x∈b

得出(aíb)結論。見p-103頁。¤3-4.3 設a,b,c,d為任意四個非空集合,那麼有如下結論:

a×b í c×d的

充分必要條件是aí c,bí d

¤證明思路:(謂詞演算法)

先證明充分性:a×b í c×d þ aí c,bí d

對於任意的x∈a、y∈b,從;∈a×b出發,利用條件a×bí c×d, ;∈c×d,推出x∈c, y∈d。

再證明必要性:aí c,bí d þa×bí c×d

對於任意的x∈a、y∈b,從;∈a×b出發,推出;∈c×d。笛卡爾(cartesian product)乘積又叫

直積。設a、b是任意兩個

集合,在集合a中任意取乙個元素x,在集合b中任意取乙個元素y,組成乙個有序對(x,y),把這樣的有序對作為新的元素,他們的全體組成的集合稱為集合a和集合b的直積,記為a×b,即a×b=。

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