6等价关系(离散数学)

有向边
若 (x,y)∊R 且 (y,z)∊R 则(x,z)∊R
如果顶点A到 B有边,B到C 有边,则从A 到C有边
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7.5 等价关系和集合的划分
7.5.1 等价关系与等价类 7.5.2 商集合 7.5.3 集合的划分
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例 试画出关系图
A={1,2,3,4,5,6,7,8} R={(x,y) │x,y ∊A, x≡y(mod 3)} 其中x≡y(mod 3)的含义就是x-y可以被3整除.
(AA)/R={ {<1,1>}, {<1,2>,<2,1>}, {<1,3>, <2,2>, <3,1>}, {<1,4>, <2,3>, <3,2>, <4,1>}, {<2,4>, <3,3>, <4,2>}, {<3,4>, <4,3>}, {<4,4>} }
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小结 等价关系
等价关系 等价类
主对角线 主对角线 元素全为1 元素全为
0
每个顶点 每个顶点 都有环 都没有环
若
(x,y)∊R,则有 (y,x)∊R
若
(x,y)∊R 且 (y,x)∊R,则x＝ y
矩阵为对称矩 如果rij=1,且
阵
i≠j,则rji=0
如果两个顶点 如果两个顶
之间有边,一 点之间有边,
定是一对方向 一定是一条
相反的边
1
4
72
5
83
6
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等价关系
定义1 A是一个非空集, R是A上的一个二元关系， 若R有自反性、 对称性、 传递性， 则说R是A上的等价关系。
设 R 是一个等价关系, 若<x, y>∈R, 称 x 等价于 y, 记做 x～y.
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例（1）人类集合中的“同龄”、 “同乡”关系都是 等价关系。
π1 对应等价关系 R1 ={<2,3>,<3,2>}∪IA π2 对应等价关系 R2={<1,3>,<3,1>}∪IA π3 对应等价关系 R3={<1,2>,<2,1>}∪IA
π4 对应于全域关系 EA，π5 对应于恒等关系 IA
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例3 设 A={1, 2, 3, 4}，在 AA上定义二元关系R： <<x,y>,<u,v>>R x+y = u+v，
证： (1) 自反性 对于∀(a,b)∊A×A, 因为ab=ba， 则有(a,b) ~(a,b) 。
(2) 对称性 如果(a,b) ~(c,d)，即有 ad=bc， 即有 cb=da， 故有(c,d) ~(a,b)。
(3) 传递性 如果(a,b) ~(c,d)，(c,d) ~(e,f)， 即有 ad=bc, cf=de, 于是有 adcf=bcde 即 af=be, 故有 (a,b)~(e,f) 8/55
定义 性质
商集、集合的划分 等价关系和划分的对应
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α∊B
(1) π (2) xy (x,y∈π∧x≠y→x∩y=) (3) ∪π=A 则称π是A的一个划分, 称π中的元素为A的划分块.
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例1 设A＝{a, b, c, d}, 给定π1,π2,π3,π4,π5,π6如下：
π1= { {a, b, c}, {d} }， π2= { {a, b}, {c}, {d} } π3= { {a}, {a, b, c, d} }, π4= { {a, b}, {c} } π5= { ,{a, b}, {c, d} }, π6= { {a, {a}}, {b, c, d} }
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商集合
定义2 A是一个非空集合，R是A上的一个等价关 系，集合{[x]R│x∊A} 叫集合A的商集合，记 为
A/R= {[x]R│x∊A}
例 A={1,2,3},
1
2
3
A/R={ [1]R , [3]R}={ {1,2} , {3} }
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例 Z是整数集，在Z上定义一个二元关系R： 对于任意的 x,y∊Z, (x,y) ∊R 当且仅当x与y被5除余数相同。 则 Z/R={ [0]R, [1]R, [2]R, [3]R, [4]R}
求该划分所对应的等价关系.
解: R={(a,a), (b,b), (c,c), (b,c),(c,b),(d,d)}
求其等价类 [a]={a}, [b]=[c]={b,c}, [d]={d}
商集A/R={[a],[b],[c]} ={{a},{b,c},{d}}
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例：给出A＝{1,2,3}上所有的等价关系
等价类、代表元
若R是A上的等价关系， a是A中任意一个元素， 集合
{x∊A│(x,a) ∊ R} 称为集合A关于关系R的一个等价类，记
[a]R= {x∊A│(x,a) ∊ R}, 简记[a] 其中a叫代表元。
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例1
A={1,2,3}, R={(1,1), (2,2), (3,3), (1,2), (2,1)} 则R是A上一个等价关系。
（2） 三角形集合的相似关系、 全等关系都是 等价关系。
（3） 住校学生的"同寝室关系"是等价关系。 （4）命题公式间的逻辑等价关系是等价关系。 （5） 对任意集合A， A上的恒等关系IA和全域关
系EA是等价关系。
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例3 (p106) Z是整数集，在Z上定义一个二元关系R：
对于任意的 x,y∊Z, (x,y) ∊R当且仅当x与y被 5除余数相同。R是Z上的等价关系。
显然, x与y被5除同余的充要条件是5|(x-y), 这里符号 a|b表示a整除b，a与b是两个整数。 对于 x∊Z，有5|(x-x), 即(x,x) ∊R，亦即R有自反性。 对于 x,y∊Z，若(x,y) ∊R, 即5|(x-y)，
也即5|(y-x), 所以(y,x) ∊R， 亦即R有对称性。 对于 x,y,z∊Z，若(x,y) ∊R, 且(y,z) ∊R，
求 R 导出的划分.
实例
解 AA={<1,1>, <1,2>, <1,3>, <1,4>, <2,1>, <2,2>, <2,3>,<2,4>, <3,1>, <3,2>, <3,3>, <3,4>, <4,1>, <4,2>, <4,3>, <4,4>}
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根据 <x,y> 的 x + y = 2,3,4,5,6,7,8 将AA划分成7 个等价类：
即5|(x-y)，且5|(z-y)，则 5|[(x-y)+(y-z)]， 亦即5|(x-z)，所以(x,z) ∊1,2,3,…},并设~是A×A上的关系，其 定义为：若ad=bc， 则(a,b) ~(c,d)。证明 ~ 是一个等价关系。
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定理1’
A是一个非空集合，R是A上的一个等价关系，则有 (1) ∪x∊A[x]R=A， (2) 对于任意的x,y∊A，若[x]R∩[y]R≠Ø ，
则[x]R=[y]R。 (3) [x]R≠Ø, 且[x]R⊆A. (4) 若xRy, 则[x]R=[y]R. (5) 若xRy, 则[x]R∩[y]R=Ø
则π1和π2 是A的划分, 其他都不是 A 的划分.
(1) π (2) xy (x,y∈π∧x≠y→x∩y=) (3) ∪π=A
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集合的划分——等价关系
若给定集合A上的一个划分π， 可以在A上定义一个二元关系R， 使得R成为A上的一个等价关系，且有
A/R ＝π
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例：考虑集合A={a,b,c,d}的一个划分: {{a}, {b,c}, {d}}
1
2
3 显然 [1]R＝{1,2}
[2]R＝{1,2}
[3]R＝{3}
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例2 A={ 1, 2, … , 8 }上模 3 等价关系的等价类： [1]=[4]=[7]={1,4,7} [2]=[5]=[8]={2,5,8} [3]=[6]={3,6}
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定理1(p107) 等价类的性质
A/R={[1]R, [2]R, [3]R}
={ {1,4,7}, {2,5,8}, {3,6} }
A关于恒等关系和全域关系的商集为： A/IA = { {1},{2}, … ,{8}} A/EA = { {1, 2, … ,8} }
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集合的划分
定义3 设A为非空集合, 若A的子集族π(πP(A)) 满 足下面条件：
A是一个非空集合，R是A上的一个等价关系，则有
(1) ∪x∊A[x]R=A， (2) 对于任意的x,y∊A，
若[x]R∩[y]R≠Ø ，则[x]R=[y]R。
证明(1)
显然，对于任意的x∊A，有[x]R⊆A，
所以 x∪∊A[x]R ⊆ A. 反之，对于任意的x’ ∊A，则x’ ∊[x’]，
即 x’ ∊ x∪∊A[x]R ，
[0]R={x∊Z│∃n∊Z, x=5n} [1]R={x∊Z│∃n∊Z, x=5n+1} [2]R={x∊Z│∃n∊Z, x=5n+2} [3]R={x∊Z│∃n∊Z, x=5n+3} [4]R={x∊Z│∃n∊Z, x=5n+4}
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例 A={1,2,3,4,5,6,7,8} R={(x,y) │x,y ∊A, x≡y(mod 3)}
二元关系的性质与闭包（7.3-7.4）
性质
自反性、反自反性 对称性、反对称性 传递性