Bölüm 2 Matematik Dili

Transkript

1 Bölüm 2 Matematik Dili Kümeler p Küme(Set) = ayrık nesnelerden oluşmuş topluluğa küme denir p Kümenin elemanları element olarak adlandırılır p Kümeler nasıl gösterilir Liste şeklinde p Örnek: A = {,3,5,7} Tanım şeklinde p Örnek: B = {x x = 2k +, < k < 3}

2 Sonlu ve Sonsuz Kümeler (Finite and İnfinite Sets) p Sonlu kümeler (Finite sets) Örnekler: q A = {, 2, 3, 4} q B = {x x is an integer, < x < 4} q Sonsuz kümeler (Infinite sets) q Örnekler: q Z = {integers} = {, -3, -2, -,,, 2, 3, } q S={x x is a real number and < x < 4} = [, 4] Bazı önemli kümeler p Boş küme (empty set veya { }), elemanı olmayan küme null set veya void set adını da alırlar q Evrensel küme (Universal set): Bahsettiğimiz guruptaki bütün elemanları içine alır q Örnekler: U = {all natural numbers} U = {all real numbers} U = {x x is a natural number and < x<} 2

3 Cardinality p Bir A kümesinin cardinatilty si o A kümesinin eleman sayısıdır. A olarak gösterilir p Örnekler: If A = {, 2, 3} then A = 3 If B = {x x is a natural number and < x< 9} then B = 9 p Sonsuz (Infinite) cardinality Sayılabilir (Countable) (örnek, natural numbers, integers) Sayılamayan (Uncountable) (örnek, real numbers) Altkümeler (Subsets) p Eğer X kümesinin bütün elemanları Y kümesi içerisinde yer alıyorsa X e Y kümesinin bir alt (subset) kümesidir denir (in symbols X Y) q Eşitlik(Equality): X = Y if X Y and Y X p Eğer X kümesi, Y kümesinin bir alt kümesi iken Y kümesi, X kümesinin bir alt kümesi değilse; X kümesi, Y kümesinin bir öz-alt kümesidir (proper subset) denir p if X Y but Y X Gözlem: her kümenin bir alt kümesidir 3

4 Power set p X kümesinin power set i, X kümesinin bütün alt kümelerinin kümesi olup, P(X) ile gösterilir P(X)= {A A X} Örnek: if X = {, 2, 3}, then P(X) = {, {}, {2}, {3}, {,2}, {,3}, {2,3}, {,2,3}} q Theorem : If X = n, then P(X) = 2 n Küme İşlemleri (Set operations): Birleşim ve Kesişim (Union and Intersection) X ve Y verilen iki küme olsun p X ve Y kümesinin birleşimi (union) X Y = { x x X or x Y} q X ve Y kümesinin kesişimi (intersection) X Y = { x x X and x Y} X ve Y gibi iki kümenin kesişimi boş küme ise X ve Y kümeleri ayrık (disjoint-pairwise) kümeler olarak adlandırlır if X Y = 4

5 Tümleyen ve Fark (Complement and Difference) p İki kümenin farkı X Y = { x x X and x Y} Fark(difference), X kümesine göre Y nin göreceli ttümleyeni (relative complement ) olarak da adlandırılır q Simetrik Fark (Symmetric difference ) X Δ Y = (X Y) (Y X) q Evrensel küme (universal set ) içerisinde yer alan A kümesinin tümleyeni (complement) A c = U A şeklinde gösterilir Sembolü A c = U - A Venn şemaları (diagrams) p Bir venn şeması verilen iki kümenin grafik olarak gösterilimini sağlar p Bir kümenin birleşimi(union), kesişimi (intersection), farkı (difference), simetrik farkı (symmetric difference) ve tümleyeni (complement) tanımlanabilir 5

6 Küme işlemlerinin özellikleri () Theorem : U, evrensel bir küme; A, B ve C evrensel kümenin bir alt kümesi olduğunda aşağıdaki özellikler mevcuttur a) Birleşim(Associativity): (A B) C = A (B C) (A B) C = A (B C) b) Değişim(Commutativity): A B = B A A B = B A Küme işlemlerinin özellikleri(2) c) Dağılma (Distributive): A (B C) = (A B) (A C) A (B C) = (A B) (A C) d) Özdeşlik (Identity): A U=A A = A e) Tümleyeni(Complement): A A c = U A A c = 6

7 Küme işlemlerinin özellikleri(3) f) Idempotent: A A = A A A = A g) Bound laws: A U = U A = h) İçine alma (Absorption): A (A B) = A A (A B) = A Küme işlemlerinin özellikleri(4) i) Gerektirme (Involution): (A c ) c = A j) / kanunu: c = U U c = k) Kümeler için De Morgan: (A B) c = A c B c (A B) c = A c B c 7

8 Kartezyen Çarpım (Cartesian Product) p Verilen iki kümenin kartezyen çarpımı (cartesian product) A x B = {(a,b) a A Λ b B } şeklinde gösterilir p p A x B B x A A x B = A. B Genelleştirilmiş birleşim ve kesişim p p p A, A 2, A 3,...,A n kümelerinin birleşimi A A 2 A 3,...,A n = n A, A 2, A 3,...,A n kümelerinin I i = A i kesişimi A A 2 A 3,...,A n = n U i = n I i = Birleşim ve Kesişim kümelerinin eleman sayısı s(a B) = s(a) + s(b) s(a B) A i A i 8

9 Düzenli Seriler ve Dizgiler (Sequences and Strings) p Düzenli Dizi (sequence) Sıralı bir listeyi göstermek için kullanılan ayrık yapıya denir. N elemanlı bir dizinin gösterilimi s n = n nin bir fonksiyonu olup n =, 2, 3,... p Eğer s sıralı bir diziyse {s n n =, 2, 3, }, s birinci elemanı gösterir, s 2 ikinci elemanı gösterir, s n n. elemanı gösterir p {n} düzenli bir serinin indeksidir. N doğal sayılardan oluşur veya bu kümenin sonlu bir alt kümesidir Düzenli serilere (sequences) örnek Örnekler:. s = {s n } aşağıdaki gibi tanımlanmış olsun s n = /n, for n =, 2, 3, Sequence ın ilk birkaç elementi:, ½, /3, ¼, /5,/6, 2. s = {s n } aşağıdaki gibi tanımlanmış olsun s n = n 2 +, for n =, 2, 3, Sequence ın ilk birkaç elementi : 2, 5,, 7, 26, 37, 5, 9

10 Artan ve Azalan (Increasing and Decreasing) s = {s n } için aşağıdakiler söylenebilir increasing if s n < s n+ decreasing is s n > s n+, for every n =, 2, 3, Örnekler: S n = 4 2n, n =, 2, 3, azalan: 2,, -2, -4, -6, S n = 2n -, n =, 2, 3, artan:, 3, 5, 7, 9, Düzenli altseriler (Subsequences) p Bir s sequence ının s = {s n }, alt sequence ı t = {t n }ile gösterilir ve sıralama düzeni aynı kalmak şartıyla s sequence ının elemanlarından elde edilir Örnek: s = {s n = n n =, 2, 3, } p, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, t = {t n = 2n n =, 2, 3, } p 2, 4, 6, 8,, 2, 4, 6, p t, s nin bir düzenli altserisidir (Subsequences)

11 Toplam (Sigma) gösterilimi p Eğer {a n } bir sequence ise, bu sequence ın toplamı m Σ a k = a + a a m k= Bu toplam gösterilimi (sigma notation), olup Yunan alfabesindeki Σ ile gösterilir Çarpım (Pi) gösterilimi p Eğer {a n } bir sequence ise, bu sequence ın çarpımı m Π a k = a a 2 a m k= Bu çarpım gösterilimi (pi notation), olup Yunan alfabesindeki Π ile gösterilir

12 Dizgi-Katar (String) p X sonlu elemanlardan oluşan bir küme olsun Örnek: if X = {a, b, c} α = bbaccc X kümesi üzerinden tanımlanmış olsun Gösterilim: bbaccc = b 2 ac 3 α string inin uzunluğu (length) α string inin eleman sayısını verir ve α ile gösterilir. Eğer α = b 2 ac 3 ise α = 6. p Eğer bir string eleman içermiyorsa boş string (null string) adını alır ve Yunan alfabesindeki λ (lambda)ile gösterilir p X* = {all strings over X dahil λ} p X + = X* - {λ}, the set of all non-null strings p α ve β gibi iki string in birleşimi(concatenation), α ve arkasına β nın eklenmesiyle elde edilen αβ string i şeklindedir. p Örnek: α = bbaccc ve β = caaba, αβ = bbaccccaaba = b 2 ac 4 a 2 ba Kısaca, αβ = α + β 2

13 Sayı Sistemleri (Number systems) p İkili (Binary) sayılar: ve, bits adını alır. p Binary(base 2), hexadecimal(base 6) ve octal(base 8) sayı sistemleri Decimal(base ) sistem: Örnek: 45,238 8 bir 8 x = 8 3 on 3 x = 3 2 yüz 2 x = 2 5 bin 5 x = 5 4 on bin 4 x = 4 İkili (Binary) sayı sistemi p Binary den decimal a: p İki tabanındaki sayı olsun bir x2 = iki x2 = 2 dört x2 2 = sekiz x2 3 = 8 on-altı x2 4 = otuz-iki x2 5 = 32 almış-dört x2 6 = 64 7 (taban ) 3

14 Decimal den binary e p Decimal sayı 73 olsun 73 = 2 x 36 + kalan 36 = 2 x 8 + kalan 8 = 2 x 9 + kalan 9 = 2 x 4 + kalan 4 = 2 x 2 + kalan 2 = 2 x + kalan (kalanlar ters sırada yazılır) 73 = 2 İkili (Binary) toplama (addition) tablosu 4

15 İkili (binary) sayılarda toplama p Örnek: add elde birler Hexadecimal sayı sistemi Decimal sistem Hexadecimal sistem A B C D E F 5

16 Hexadecimal den decimal e p Hexadecimal sayımız 3AB 6 olsun x 6 = x 6 = x 6 2 = x 6 3 = Decimal den hexadecimal e Verilen sayı 2345 olsun 2345 = 46x6 + remainder 9 46 = 9x6 + remainder =

17 Hexadecimal sayılarda toplam Toplam 23A 6 + 8F 6 23A 6 + 8F 6 2C9 6 Bağıntılar (Relations) p X ve Y verilen iki küme olsun, bunların Kartezyen Çarpımı (Cartesian Product) XxY olup, (x,y) çiftlerinden oluşur, x X ve y Y XxY = {(x, y) x X and y Y} p R, XxY kartezyen çarpımının bir alt kümesi olup, X den Y ye, bir ikili bağıntı (binary relation) olarak verilmiş olsun Örnek: X = {, 2, 3} ve Y = {a, b} R = {(,a), (,b), (2,b), (3,a)} X ve Y arasında bir bağıntıdır 7

18 Tanım ve Değer Kümesi (Domain and Range) X den Y ye verilen bir R bağıntısında, p R nin tanım kümesi (domain) Dom(R) = { x X (x, y) R for some y Y} p R nin değer kümesi (range) Rng(R) = { y Y (x, y) R for some x X} p Örnek: X = {, 2, 3} ve Y = {a, b} R = {(,a), (,b), (2,b)} Dom(R)= {, 2}, Rng(R) = (a, b} Bağıntılara örnek p X = {, 2, 3} ve Y = {a, b, c, d} p R = {(,a), (,d), (2,a), (2,b), (2,c)} p Verilen bağıntıyı graf kullanarak çizersek: 8

19 Bağıntıların özellikleri R, X kümesi üzerinde bir bağıntı olsun Örnek:R, XxX kartezyen çarpımının bir alt kümesi p For every x X için, (x,x) R şartı sağlanıyorsa, R bağıntısında yansıma (reflexive) özelliği mevcuttur p For some x Xiçin, (x,x) R şartı sağlanıyorsa, R bağıntısında (nonreflexive) özelliği mevcuttur p For every x Xiçin, (x,x) R şartı sağlanıyorsa, R bağıntısında (irreflexive) özelliği mevcuttur p x, y Xiçin, [(x,y) R ve (y,x) R] veya [(x,y) R ve (y,x) R] veya (x=y) şartı sağlanıyorsa R bağıntısında simetrik (symmetric) özelliği mevcuttur p x,y X için, eğer (x y) ise [((x,y) R ve (y,x) R) veya ((x,y) R ve (y,x) R) ] ise R bağıntısında (antisymmetric) özelliği mevcuttur 9

20 p (x,y,z) X için, [(x,y) R ve (y,z) R ]iken (x,z) R mevcut ise R bağıntısında geçişkenlik (transitive) özelliği mevcuttur p (x,y,z) X için, [(x,y) R ve (y,z) R ve (x,z) R] ise R bağıntısında (non transitive) özelliği mevcuttur X bir küme, R de X üzerinde bir bağıntı olsun. x,y X p If (x,y) or (y,x) are in R, then x and y are comparable p If (x,y) R and (y,x) R then x and y are incomparable X kümesindeki herbir eleman çifti comparable özelliğini sağlıyorsa, X üzerindeki R bağıntsı total order adını alır 2

21 Bağıntının tersi X den Y ye bir R bağıntısı verilmiş olsun, bu bağıntının tersi (inversi) Y den X e olup R - ile gösterilir R - = { (y,x) (x,y) R } q Örnek: eğer R = {(,a), (,d), (2,a), (2,b), (2,c)} ise R - = {(a,), (d,), (a,2), (b,2), (c,2)} Bağıntının Bileşkesi(Composition) q Tanım R = R R 2 = R R R 3 = R 2 R... R n = R n- R Örnek: R={(,) (2,)(3,2)(4,3)} için R 2 ve R 3 bulunuz. R 2 = R R = {(,)(2,)(3,)(4,2)} R 3 = R 2 R = {(,)(2,)(3,)(4,)} 2

22 Denklik Bağıntısı (Equivalence Relation) X bir küme, R de X üzerindeki bir bağıntı olsun p R bağıntısı üzerinde reflexive, symmetric ve transitive özellikleri mevcut ise bu bir denklik bağıntısı (equivalence relation) olup X R şeklinde gösterilir Örnek: X = {integers} ve X kümesi üzerinde tanımlı olan R bağıntısı da xry x - y = 5 olarak verilsin. R nin equivalence relation olup olmadığını gösteriniz. Sıralama Bağıntısı (Partial Order Relation) X bir küme, R de X üzerindeki bir bağıntı olsun p R bağıntısı üzerinde reflexive, antisymmetric ve transitive özellikleri mevcut ise bu bir sıralama bağıntısı (partial order relation) dır p Hasse Diyagramları (partial order öz.) 22

23 Poset q Partial Ordering bir R bağıntısı ile verilen bir S kümesi poset olarak adlandırılır ve (S,R) olarak gösterilir. Hasse diyagramı Maximal ve Minimal elemanlar Kapalılık (Closure) q Verilmiş olan bağıntı üzerinde reflexive, symmetric ve transitive özellikleri mevcut değilse bağıntının bu özelliklere sahip olabilmesini sağlama işlemidir Transitive closure Warshall algoritması (by Stephen Warshall) 23

24 Warshall algoritması procedure warshall W=M R for k=,n for i=,n for j=,n W ij = W ij V (W ik Λ W kj ) end end end Matris Bağıntıları p X ve Y bir küme, R de X den Y ye bir bağıntı olsun. Aşağıdaki bağıntılardan matris A = (a ij ) yazılır X kümesinin elemanları, A matrisinin satırlarını oluşturur Y kümesinin elemanları, A matrisinin kolonlarını oluşturur i. satırdaki X in elemanları ile j. kolondaki Y nin elemanları birbirleriyle ilişkili değilse, a i,j = dır i. satırdaki X in elemanları ile j. kolondaki Y nin elemanları birbirleriyle ilişkili ise, a i,j = dir 24

25 Matris bağıntıları () Örnek: X = {, 2, 3}, Y = {a, b, c, d} R = {(,a), (,d), (2,a), (2,b), (2,c)} R bağıntısının matrisi: A = a b c d 2 3 Matris Bağıntıları (2) p Eğer R bağıntısı, X kümesinden X kümesine ise bu bağıntının matrisi bir kare matristir Örnek: X = {a, b, c, d} ve R = {(a,a), (b,b), (c,c), (d,d)} A = a b c d a b c d 25

26 Fonksiyonlar (Functions) p Fonksiyon (function) bağıntının özel bir şeklidir. p Bir f fonksiyonunun, X den Y ye bir bağıntısı olsun (f : X Y) For every a X için (a,b) f e olacak şekilde bir tek, b Y bulunabiliyorsa, f ye X den Y ye bir fonksiyondur denir. p X e f nin tanım kümesi (domain) Dom(f) = X p Y e f nin değer kümesi (range) Rng(f) = Y Örnek: Dom(f) = X = {a, b, c, d}, Rng(f) = {, 3, 5} f(a) = f(b) = 3, f(c) = 5, f(d) = Mod alma operatörü p x değeri y ye bölündüğünde elde edilen kalan r = x mod y Örnekler: = 3 mod 3 6 = 234 mod 9 4 = 22 mod p mod, modulus operator olarak adlandırılır 26

27 Bire-Bir Fonksiyonlar (One-to-one functions-injective) p Bir fonksiyon f : X Y bire-bir (one-to-one) her y Y sadece bir x X değerine karşılık gelir. p Alternatif tanım: f : X Y, one-to-one X kümesindeki her x değeri x, x 2 X, Y kümesindeki y, y 2 Y gibi farklı iki değere karşılık gelir. f(x ) = y vef(x 2 ) = y 2 gibi Örnekler:. f(x) = 2 x (from the set of real numbers to itself) one-to-one 2. f : R R defined by f(x) = x 2 not one-to-one çünkü for every real number x, f(x) = f(-x). Örten Fonksiyonlar (Onto functions-surjective) Bir fonksiyon f : X Y örten (onto) Her y Y için en az bir tane x X mevcuttur 27

28 Bijective Fonksiyonlar Bir fonksiyon f : X Y bijective f fonksiyonu one-to-one ve onto dur Örnekler: p. Lineer bir fonksiyon f(x) = ax + b bijective fonksiyondur (from the set of real numbers to itself) p 2. Bir f(x) = x 3 bijective fonksiyondur (from the set of real numbers to itself) Ters Fonksiyon (Inverse function) p y = f(x) fonksiyonunun tersi(inverse) f - olup {(y, x) y = f(x)} olarak sembolize edilir. p f - in bir fonksiyon olması gerekmez Örnek: if f(x) = x 2, then f - (4) = 4 = ± 2, tek bir değer olmadığından tersi bir fonksiyon değildir p Eğer bir fonksiyon bijective ise tersi de bir fonksiyondur 28

29 Fonksiyonların Bileşkesi p Verilen iki fonksiyon g : X Y ve f : Y Z, olup, bileşkesi f g aşağıdaki gibi tanımlanır f g (x) = f(g(x)) for every x X. q Örnek: g(x) = x 2 -, f(x) = 3x + 5. Then f g(x) = f(g(x)) = 3(x 2 -)+5 = (3x 2 + 2) q Fonksiyon bileşkesinde birleşim öz.: f (g h) = (f g) h, q Fakat değişme özelliği yoktur: f g g f. Üstel ve Logaritmik Fonksiyonlar (Exponential and Logarithmic Functions) p f(x) = 2 x veg(x) = log 2 x = lg x f g(x) = f(g(x)) = f(lg x) = 2 lgx = x g f(x) = g(f(x)) = g(2 x ) = lg 2 x = x p Üstel ve Logaritmik fonksiyonlar birbirinin tersidir 29

30 String in tersi (inverse) X herhangi bir küme olsun X üzerindeki tüm string lerin kümesi de X* olsun Eğer α = x x 2 x n X* f(α) = α - = x n x n- x 2 x String in inversi alınırken ters sırada yazılır αα - = α - α = λ 3