[wiskunde] Vragen rondom equivalentieklassen

Moderators: ArcherBarry, Fuzzwood

Gebruikersavatar
Berichten: 524

Vragen rondom equivalentieklassen

Fruitschaal, gefeliciteerd !!

Deze topic is door de gebruikers van Wetenschapsforum genomineerd als
Hopelijk kunnen jullie me helpen met onderstaande vragen.

---

(1) Zij
\(\sim\)
een relatie op
\(\mathbb{N} \times \mathbb{N}\)
gegeven door:
\((x_1, y_1) \sim (x_2, y_2) \Leftrightarrow x_1 + y_2 = x_2 + y_1\)
.[/b]

Toon aan dat dit een equivalentierelatie is.

De relatie is een equivalentierelatie als het reflexief, symmetrisch en transitief is.

Reflexief:
\((x_1, y_1) \sim (x_1, y_1) \Leftrightarrow x_1 + y_1 = x_1 + y_1\)
Dit klopt, dus reflexief.

Symmetrisch:
\((x_1, y_1) \sim (x_2, y_2) \Rightarrow (x_2, y_2) \sim (x_1, y_1)\)
moet gelden.
\((x_1, y_1) \sim (x_2, y_2) \Leftrightarrow x_1 + y_2 = x_2 + y_1\)
\(\Rightarrow x_2 + y_1 = x_1 + y_2\)
\(\Leftrightarrow (x_2, y_2) \sim (x_1, y_1)\)
Dus symmetrisch.

Transitief:
\((((x_1, y_1) \sim (x_2, y_2)) \wedge ((x_2, y_2) \sim (x_3, y_3))) \Rightarrow (x_1, y_1) \sim (x_3, y_3)\)
\(((x_1, y_1) \sim (x_2, y_2)) \wedge ((x_2, y_2) \sim (x_3, y_3)) \Rightarrow (x_1 + y_2 = x_2 + y_1 \wedge x_2 + y_3 = x_3 + y_2)\)
\(\Rightarrow x_1 + y_2 = x_2 + y_1 \wedge x_2 = x_3 + y_2 - y_3\)
\(\Rightarrow x_1 + y_2 = x_3 + y_2 - y_3 + y_1\)
\(\Rightarrow x_1 + y_3 = x_3 + y_1\)
\(\Leftrightarrow (x_1, y_1) \sim (x_3, y_3)\)
Dus transitief.

Klopt deze manier van aantonen?

(2) Maak een schets van
\(\mathbb{N} \times \mathbb{N}\)
en geef in die schets de equivalentieklassen van
\(\sim\)
aan.[/b]

Een schets van
\(\mathbb{N} \times \mathbb{N}\)
lijkt me een assenstelsel zonder de negatieve assen? De equivalentieklasse van een punt
\((x,y)\)
:
\([x,y] = \{(a,b) \in \mathbb{N} \times \mathbb{N} \quad | \quad x + b = a + y\}\)
Hoe geef ik dan de equivalentieklassen aan in de schets?

---

Alvast bedankt voor eventuele hulp!

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Vragen rondom equivalentieklassen

Fruitschaal schreef: wo 10 okt 2012, 18:37
Klopt deze manier van aantonen?
Die klopt ja :) . Soms wat meer woorden gebruiken, zou mogen, maar voor de uitwerking is dat niet essentieel.

Een schets van
\(\mathbb{N} \times \mathbb{N}\)
lijkt me een assenstelsel zonder de negatieve assen?
Bijna. Dat is eigenlijk een soort van "gepunt" rooster. Bijv. de hoekpunten van ruitjes op een geruit blad (maar dan uiteraard oneindig doorlopend) met (0, 0) in de linkeronderhoek.

De equivalentieklasse van een punt
\((x,y)\)
:
\([x,y] = \{(a,b) \in \mathbb{N} \times \mathbb{N} \quad | \quad x + b = a + y\}\)


Hoe geef ik dan de equivalentieklassen aan in de schets?
Herschrijf eens naar y = ... x + ... Klinkt zoiets bekend?
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Berichten: 524

Re: Vragen rondom equivalentieklassen

Bijna. Dat is eigenlijk een soort van "gepunt" rooster. Bijv. de hoekpunten van ruitjes op een geruit blad (maar dan uiteraard oneindig doorlopend) met (0, 0) in de linkeronderhoek.
Oké, maar dan moet toch (1,1) in de linkeronderhoek?
Herschrijf eens naar y = ... x + ... Klinkt zoiets bekend?
Oh, y = x + b - a. Dus dat is gewoon een lineair verband. Het is een stijgende lijn die de y-as (x = 1) snijdt als y = 1 + b - a?

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Vragen rondom equivalentieklassen

Fruitschaal schreef: wo 10 okt 2012, 18:59
Oké, maar dan moet toch (1,1) in de linkeronderhoek?
Dat hangt er maar vanaf of in jouw definitie 0 in N zit of net niet :) .

Oh, y = x + b - a. Dus dat is gewoon een lineair verband. Het is een stijgende lijn die de y-as (x = 1) snijdt als y = 1 + b - a?
Inderdaad een lineair verband (en stijgende lijn). Ik merk wel net op dat eigenlijk a en b je veranderlijken zijn. Maar dat maakt voor de essentie niet uit.
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Berichten: 524

Re: Vragen rondom equivalentieklassen

Volgens deze docent zit 0 er niet in, dus vandaar.

Oh, ik maak er dan wel de equivalentieklasse van [a,b] zijn, zodat de lijn y = x + b - a is.

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Vragen rondom equivalentieklassen

Okee :) . Dan is inderdaad het punt (1, 1) de linkeronderhoek. En kun je dan nu de klassen beschrijven?
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Berichten: 524

Re: Vragen rondom equivalentieklassen

Het tekenen van een lijn y = x + b - a in dat gepunte rooster is dus niet voldoende?

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Vragen rondom equivalentieklassen

Jawel, maar je begrijpt dat het dus de doorsnede is van die lijn met dat rooster?
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Berichten: 524

Re: Vragen rondom equivalentieklassen

Ja, want de equivalentieklasse [a,b] bevat punten (x,y) die voldoen aan y = x + b - a. Moet ik het dan in de schets enkel voor een willekeurige [a,b] aangeven (dus één lijn tekenen) of voor alle?

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Vragen rondom equivalentieklassen

Voor alle is gewoon onmogelijk. Je hebt nu eenmaal oneindig veel lijnen. En je moet dan nog wel opmerken dat (x, y) ook in N x N zit. Want ook niet-gehele getallen gaan voldoen aan die vergelijking.
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Berichten: 524

Re: Vragen rondom equivalentieklassen

Ja, alle getallen zijn positief en geheel. Er moet dus sowieso gelden dat x + b - a > 0.

(3) Toon aan dat de binaire operatie optelling
\(+\)
op
\((\mathbb{N} \times \mathbb{N})/\sim\)
gegeven door
\([(x_1,y_1)]+[(x_2,y_2)] = [(x_1+x_2,y_1+y_2)]\)
goed gedefinieerd is. Beschrijf de klasse
\(a \in (\mathbb{N} \times \mathbb{N})/\sim\)
(uniek) zodat
\(a + b = b\)
voor alle
\(b \in (\mathbb{N} \times \mathbb{N})/\sim\)
.[/b]

Hoe toon ik aan of een binaire operatie goed gedefinieerd is?

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Vragen rondom equivalentieklassen

Fruitschaal schreef: wo 10 okt 2012, 21:43
Ja, alle getallen zijn positief en geheel. Er moet dus sowieso gelden dat x + b - a > 0.
En dat het een geheel getal is.

Hoe toon ik aan of een binaire operatie goed gedefinieerd is?
In het algemeen (dus niet alleen voor een binaire operatie): je moet nagaan dat je operatie niet afhangt van je keuze van representanten. Met andere woorden, stel dat je je representant (x1, y1) vervangt door (a, b) (dus (a, b) beschrijft dezelfde klasse), dan moet je uitkomst hetzelfde blijven. Snap je?
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Berichten: 3

Re: Vragen rondom equivalentieklassen

*Toon aan dat de binaire operatie optelling goed gedefinieerd is.*

HINT: Stel
\([(x_1,y_1)]=[(x_1^{'},y_1^{'})]\)
en
\([(x_2,y_2)]=[(x_2^{'},y_2^{'})]\)
, bewijs dat
\([(x_1+x_2,y_1+y_2)]=[(x_1^{'}+x_2^{'},y_1^{'}+y_2^{'})]\)
\(\hrule\)
*Unieke klasse
\(a\)
*[/b][/i]

HINT: Als
\( a=0\in \mathbb{Z} \)
, dan
\( a+b=b \)
voor alle
\( b\in \mathbb{Z} \)
. Dus we moeten een
\( a \)
kiezen die equivalent is aan een klasse in
\(\mathbb{N} \times \mathbb{N} / \sim\)
zodat:
\(a+b=[(a_1,a_2)]+b=[(a_1,a_2)]+[(b_1,b_2)]

\hspace{3cm} =[(a_1+b_1,a_2+b_2)]=....=[(b_1,b_2)]=b\)
Edit: Drieske was net iets eerder. :)

Gebruikersavatar
Berichten: 524

Re: Vragen rondom equivalentieklassen

Allereerst bedankt voor de prijs die ik gekregen heb! Zoiets had ik helemaal niet verwacht :)

Beide weer bedankt voor de reacties.
Drieske schreef: wo 10 okt 2012, 22:42
In het algemeen (dus niet alleen voor een binaire operatie): je moet nagaan dat je operatie niet afhangt van je keuze van representanten. Met andere woorden, stel dat je je representant (x1, y1) vervangt door (a, b) (dus (a, b) beschrijft dezelfde klasse), dan moet je uitkomst hetzelfde blijven. Snap je?
Onur89 schreef: wo 10 okt 2012, 22:58 *Toon aan dat de binaire operatie optelling goed gedefinieerd is.* HINT: Stel
\([(x_1,y_1)]=[(x_1^{'},y_1^{'})]\)
en
\([(x_2,y_2)]=[(x_2^{'},y_2^{'})]\)
, bewijs dat
\([(x_1+x_2,y_1+y_2)]=[(x_1^{'}+x_2^{'},y_1^{'}+y_2^{'})]\)
Dat lijkt me niet zo lastig.
\([(x_1+x_2,y_1+y_2)] = [(x_1,y_1)] + [(x_2,y_2)]\)
\(= [(x_1', y_1')] + [(x_2', y_2')]\)
, want dat is aangenomen.
\(= [(x_1' + x_2', y_1' + y_2')]\)
.

Dat betekent dat
\([(x_1+x_2,y_1+y_2)] = [(x_1' + x_2', y_1' + y_2')]\)
, dus de optelling hangt niet af van de keuze van representanten.

Zo?
*Unieke klasse
\(a\)
*[/b][/i] HINT: Als
\( a=0\in \mathbb{Z} \)
, dan
\( a+b=b \)
voor alle
\( b\in \mathbb{Z} \)
. Dus we moeten een
\( a \)
kiezen die equivalent is aan een klasse in
\(\mathbb{N} \times \mathbb{N} / \sim\)
zodat:
\(a+b=[(a_1,a_2)]+b=[(a_1,a_2)]+[(b_1,b_2)] \hspace{3cm} =[(a_1+b_1,a_2+b_2)]=....=[(b_1,b_2)]=b\)
Mijn eerste reactie zou zijn dat
\(a = 0\)
, maar ik weet dat er nu sprake is van equivalentieklassen.
\(a + b = [(a_1,a_2)]+[(b_1,b_2)]\)
\(= [(a_1 + b_1, a_2 + b_2)]\)
Er moet gelden dat dat gelijk is aan
\([(b_1, b_2)]\)
. Dus dan moet gelden dat
\(a = (0,0)\)
? Deze a is dus uniek. Maar het probleem is dat (0,0) niet in N x N zit, want 0 is zoals eerder aangenomen geen natuurlijk getal. Hoe moet het dan?

Gebruikersavatar
Berichten: 524

Re: Vragen rondom equivalentieklassen

Oh, nog de laatste vervolgvraag:

(4) Creëer een bijectie
\(\mu: \mathbb{Z} \rightarrow (\mathbb{N} \times \mathbb{N})/\sim\)
zodat voor alle
\(x,y \in \mathbb{Z}\)
geldt[/b]

\(\mu(x + y) = \mu(x) + \mu(y)\)
[/b]

Bewijs dat dit een bijectie is en dat de optelling geldt.

De functie moet dus een geheel getal afbeelden op de verzameling van equivalentieklassen. Ik denk dan aan bijvoorbeeld:
\(\mu(x) = [(x,x)]\)
. Het probleem is dan wel dat bijvoorbeeld
\(\mu(-1) = [(-1,-1)]\)
en dat lijkt me niet de bedoeling, want in het beeld moeten enkel natuurlijke getallen.

Reageer