2.2. Операции над отношениями

Так как отношения являются множествами, то все операции над множествами справедливы для отношений.

Пример 2.9.

₁= {1, 2,2, 3,3, 4}.

₂= {1, 2,1, 3,2, 4}.

₁₂= {1, 2,1, 3,2, 3,2, 4,3, 4}.

₁₂= {1, 2}.

₁\₂= {2, 3,3, 4}.

Пример 2.10.

Пусть R– множество действительных чисел. Рассмотрим на этом множестве следующие отношения:

₁– "";₂ – " = ";₃ – " < ";₄ – "";₅ – " > ".

Тогда

₁=₂₃;

₂=₁₄;

₃=₁\₂;

₁=;

Определим еще две операции над отношениями.

Определение 2.7. Отношение называетсяобратным к отношению(обозначается ^–1), если

 ^–1= {x,yy, x}.

Пример 2.11.

 = {1, 2,2, 3,3, 4}.

 ^–1= {2, 1,3, 2,4, 3}.

Пример 2.12.

 = {x,y x–y= 2,x,yR}.

 ^–1= {x,yy, x} = ^–1= {x,yy – x= 2,x,yR} = {x,y–x +y= 2,x,yR}.

Определение 2.8. Композицией двух отношений  и называется отношение

 = {x,zсуществует такоеy, чтоx,yиy, z}.

Пример 2.13.

 = {x,yy=sinx}.

 = {x,yy=x}.

 = {x,zсуществует такоеy, чтоx,yиy, z} = {x,zсуществует такоеy, чтоy=sinxи z =y} = {x,z z =sinx}.

Определение композиции двух отношений соответствует определению сложной функции:

y = f(x), z = g(y)  z = g(f(x)).

Пример 2.14.

 = {1, 1,1, 2,1, 3,3, 1}.

 = {1, 2,1, 3,2, 2,3, 2,3, 3}.

Процесс нахождения в соответствии с определением композиции удобно изобразить таблицей, в которой реализуется перебор всех возможных значенийx,y,z. для каждой парыx,yнужно рассмотреть все возможные парыy, z(табл. 2.1).

Таблица 2.1

x,y	 y, z 	x, z 
1, 1 1, 1 1, 2 1, 3 1, 3 3, 1 3, 1	1, 2 1, 3 2, 2 3, 2 3, 3 1, 2 1, 3	1, 2 1, 3 1, 2 1, 2 1, 3 3, 2 3, 3

Заметим, что первая, третья и четвертая, а также вторая и пятая строки последнего столбца таблицы содержат одинаковые пары. Поэтому получим:

 = {1, 2,1, 3,3, 2,3, 3}.

2.3. Свойства отношений

Определение 2.9.Отношение называетсярефлексивным на множествеX, если для любогоx Xвыполняетсяx x.

Из определения следует, что всякий элемент  x, x.

Пример 2.15.

а) Пусть X – конечное множество,X= {1, 2, 3} и= {1, 1,1, 2,2, 2,3, 1,3, 3}. Отношение рефлексивно. ЕслиX – конечное множество, то главная диагональ матрицы рефлексивного отношения содержит только единицы. Для нашего примера

.

б) Пусть X – множество действительных чисел иотношение равенства. Это отношение рефлексивно, т.к. каждое число равно самому себе.

в) Пусть X – множество людей иотношение "жить в одном городе". Это отношение рефлексивно, т.к. каждый живет в одном городе сам с собой.

Определение 2.10.Отношение называетсясимметричным на множествеX, если для любыхx,y  Xизxy следуетy x.

Очевидно, что симметрично тогда и только тогда, когда=^–1.

Пример 2.16.

а) Пусть X – конечное множество,X= {1, 2, 3} и= {1, 1,1, 2,1, 3,2, 1,3, 1,3, 3}. Отношение симметрично. ЕслиX – конечное множество, то матрица симметричного отношения симметрична относительно главной диагонали. Для нашего примера

.

б) Пусть X – множество действительных чисел иотношение равенства. Это отношение симметрично, т.к. еслиxравноy, то иyравноx.

в) Пусть X – множество студентов иотношение "учиться в одной группе". Это отношение симметрично, т.к. еслиxучится в одной группе сy, то иyучится в одной группе сx.

Определение 2.11.Отношение называетсятранзитивным на множествеX, если для любыхx,y, z  Xизxy иy z следует x z.

Одновременное выполнение условий xy,y z,x zозначает, что параx, zпринадлежит композиции. Поэтому для транзитивности необходимо и достаточно, чтобы множествоявлялось подмножеством, т. е.  .

Пример 2.17.

а) Пусть X – конечное множество,X= {1, 2, 3} и= {1, 1,1, 2,1, 3,2, 1,2, 3,3, 1}. Отношение транзитивно, т. к. наряду с парамиx, y иy, z имеется пара x, z. Например, наряду с парами1, 2, и2, 3имеется пара1, 3.

б) Пусть X – множество действительных чисел иотношение(меньше или равно). Это отношение транзитивно, т.к. еслиxyиyz, тоxz.

в) Пусть X – множество людей иотношение "быть старше". Это отношение транзитивно, т.к. еслиx старшеyиy старшеz, тоxстаршеz.

Определение 2.12.Отношение называетсяотношением эквивалентности на множествеX, если оно рефлексивно, симметрично и транзитивно на множестве X.

Пример 2.18.

а) Пусть X – конечное множество,X= {1, 2, 3} и= {1, 1,2, 2,3, 3}. Отношение является отношением эквивалентности.

б) Пусть X – множество действительных чисел иотношение равенства. Это отношение эквивалентности.

в) Пусть X – множество студентов иотношение "учиться в одной группе". Это отношение эквивалентности.

Пусть – отношение эквивалентности на множествеX.

Определение 2.13.Пусть– отношение эквивалентности на множествеX иx X.Классом эквивалентности, порожденным элементом x, называется подмножество множестваX, состоящее из тех элементовy  X, для которыхxy. Класс эквивалентности, порожденный элементом x, обозначается через [x].

Таким образом, [x] = {y X  xy}.

Классы эквивалентности образуют разбиение множестваX, т. е. систему непустых попарно непересекающихся его подмножеств, объединение которых совпадает со всем множествомX.

Пример 2.19.

а) Отношение равенства на множестве целых чисел порождает следующие классы эквивалентности: для любого элемента xиз этого множества [x] = {x}, т.е. каждый класс эквивалентности состоит из одного элемента.

б) Класс эквивалентности, порожденный парой x,yопределяется соотношением:

[x,y] = .

Каждый класс эквивалентности, порожденный парой x,y, определяет одно рациональное число.

в) Для отношения принадлежности к одной студенческой группе классом эквивалентности является множество студентов одной группы.

Определение 2.14.Отношение называетсяантисимметричным на множествеX, если для любыхx,y  Xизxy иy x следуетx=y.

Из определения антисимметричности следует, что всякий раз, когда пара x, yпринадлежит одновременнои^–1, должно выполняться равенствоx=y. Другими словами,^–1состоит только из пар вида x, x.

Пример 2.20.

а) Пусть X – конечное множество,X= {1, 2, 3} и= {1, 1,1, 2,1, 3,2, 2,2, 3,3, 3}. Отношение антисимметрично.

Отношение  = {1, 1,1, 2,1, 3,2, 1,2, 3,3, 3} неантисимметрично. Например,1, 2,и2, 1, но 12.

б) Пусть X – множество действительных чисел иотношение(меньше или равно). Это отношение антисимметрично, т.к. еслиxy, иyx, тоx=y.

Определение 2.15.Отношение называетсяотношением частичного порядка (или просто частичным порядком) на множествеX, если оно рефлексивно, антисимметрично и транзитивно на множестве X. МножествоXв этом случае называют частично упорядоченным и указанное отношение часто обозначают символом, если это не приводит к недоразумениям.

Отношение, обратное отношению частичного порядка будет, очевидно, отношением частичного порядка.

Пример 2.21.

а) Пусть X – конечное множество,X= {1, 2, 3} и= {1, 1,1, 2,1, 3,2, 2,2, 3,3, 3}. Отношение есть отношение частичного порядка.

б) Отношение А Вна множестве подмножеств некоторого множестваU есть отношение частичного порядка.

в) Отношение делимости на множестве натуральных чисел есть отношение частичного порядка.