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1 4.3 Relationen Relationen können als spezielle Mengen verstanden werden. Hierfür muss zunächst der Begriff eines weiteren mengentheoretischen Objektes der des geordneten n-tupels eingeführt werden. Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 1

2 Geordnete n-tupel Bei Mengen ist die Reihenfolge ihrer Elemente irrelevant, d.h. es gilt z.b.: { xy, } = { yx, }. Für bestimmte Zwecke werden geordnete Zusammenstellungen von Objekten benötigt. Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 2

3 Der einfachste Fall einer solchen Zusammenstellung ist ein geordnetes Paar xy,, wobei x das erste Element und y das zweite Element des Paares ist. Im Allgemeinen gilt: xy, yx,. Geordnete Paare lassen sich als spezielle Mengen definieren. Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 3

4 Auf der Basis von geordneten Paaren lassen sich geordnete Tripel xyz,,, geordnete Quadrupel xyzz,,, ', geordnete Quintupel xyzz,,, ', z '' etc., allgemein geordnete n-tupel x,, x 1 n, wobei n N, definieren. Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 4

5 Kartesisches Produkt (nach René Descartes, ) Aus zwei gegebenen Mengen lässt sich eine Menge von geordneten Paaren bilden. D4.13 A B= { xy, x A y B} def A kreuz B Das Kartesische Produkt (bzw. die Kreuzmenge) von A und B ist die Menge aller geordneten Paare derart, dass das erste Element aus A und das zweite Element aus B stammt. Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 5

6 Beispiel: Sei A= { abc,, } und B= { 1,2}. A B= { a,1, a,2, b,1, b,2, c,1, c,2 }? Bestimme B A. Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 6

7 Verallgemeinerung: D4.14 A... A {,...,... } 1 n= x x def 1 n x A x 1 1 n An A 1 kreuz... kreuz A n Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 7

8 Beispiel: Sei A= { abc,, } und B= { 1,2}.,1,1,,1,2,,2,1,,2,2, a a a a A B B= b,1,1, b,1,2, b,2,1, b,2,2, c,1,1, c,1,2, c,2,1, c,2,2 Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 8

9 D A = A A def die 2. Kartesische Potenz von A Die 2. Kartesische Potenz von A ist das Kartesische Produkt (bzw. die Kreuzmenge) von A mit sich selbst. Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 9

10 ? Bestimme 2 A für A { abc,, } =. Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 10

11 Verallgemeinerung: D4.16 A n = A def A n-mal A die n. Kartesische Potenz von A Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 11

12 Relationen als Mengen von n-tupeln Eine 2-stellige (oder binäre) Relation R zwischen Elementen x und y lässt sich mit { xy, Rxy (, )}, d.h. der Menge der geordneten Paare xy, identifizieren, für die Rxy (, ) gilt. D4.17 R ist eine 2-stellige (oder binäre) Relation zwischen Elementen x von A und y von B gdw R A B. Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 12

13 Dass zwei Elemente x und y in einer Relation R zueinander stehen, kann damit nicht nur mit Rxy (, ) oder xry, sondern auch mit xy, Rangezeigt werden. Beispiel: füttert... F: Relation des Fütterns Fxy (, ), xfy, xy, F Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 13

14 Beispiel: Angenommen, für A= { Lisa,Bart,Maggie} und B= { Karlo,Pluto} gelte, dass Bart den Kater Karlo und Maggie sowohl Karlo als auch den Hund Pluto füttert. Die Relation des Fütterns F zwischen Elementen von A und B ist dann wie folgt bestimmt: F= { Bart,Karlo, Maggie,Karlo, Maggie,Pluto}, wobei F { Lisa,Bart,Maggie} { Karlo,Pluto}, d.h. F Lisa,Karlo, Lisa,Pluto, Bart,Karlo, Bart,Pluto, Maggie,Karlo, Maggie,Pluto Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 14

15 Ein Spezialfall ist eine 2-stellige (oder binäre) Relation R in einer Menge A, d.h. zwischen Elementen ein und derselben Menge. D4.18 R ist eine 2-stellige (oder binäre) Relation in A gdw 2 R A. Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 15

16 ? Angenommen, für A= { Lisa,Bart,Maggie} gelte, dass zum einen Lisa und Maggie Bart und zum anderen Bart und Maggie Lisa mögen und außerdem Bart sich selbst mag. Bestimme die Relation des Mögens M in A als eine Teilmenge von A A. Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 16

17 Lisa,Lisa, Lisa,Bart, Lisa,Maggie, A A= Bart,Lisa, Bart,Bart, Bart,Maggie, Maggie,Lisa, Maggie,Bart, Maggie,Maggie Voraussetzungen: Lisa und Maggie mögen Bart Bart und Maggie mögen Lisa Bart mag sich selbst Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 17

18 Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 18 Lisa,Lisa, Lisa,Bart, Lisa,Maggie, Bart,Lisa, Bart,Bart, Bart,Maggie, Maggie,Lisa, Maggie,Bart, Maggie,Maggie A A = Lisa,Bart, Bart,Lisa, Bart,Bart, Maggie,Lisa, Maggie,Bart M =

19 Verallgemeinerung: Eine n-stellige Relation R zwischen Elementen x,..., x 1 n lässt sich entsprechend mit { x,, x (,, )} 1 n Rx x 1 n, d.h. mit der Menge der geordneten n-tupel x,, x 1 n identifizieren, für die Rx (,, x ) 1 n gilt. D4.19 R ist eine n-stellige Relation zwischen Elementen x 1 von A, x von A, und x n von A n gdw R A... A 1 n. Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 19

20 Eine 2-stellige (oder binäre) Relation kann auch als eine Abbildung aus einer Menge nach einer Menge aufgefasst werden. D4.20 R ist eine (binäre) Abbildung aus A nach B gdw R A B. Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 20

21 Beispiel: Die binäre Relation oder Abbildung F lässt sich wie folgt darstellen: Lisa Bart Maggie Karlo Pluto A B Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 21

22 Jedes Element von B, das mit einem bestimmten Element x von A gepaart auftritt, nennt man ein Bild von x bei R. Umgekehrt heißt jedes Element von A, das mit einem bestimmten Element y von B gepaart ist, ein Urbild von y bei R. Die Menge der Urbilder bei R bilden den Vorbereich Vb und die Menge der Bilder den Nachbereich Nb von R. D4.21 (1) VbR = x A y B[ xy R] ( ) {, } def (2) NbR = y B x A[ xy R] ( ) {, } def Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 22

23 ? Gib für die Relationen F und M jeweils deren Vor- und Nachbereich an. Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 23

24 Das Komplement R ' einer Relation R A Benthält alle geordneten Paare aus A B, die nicht Elemente von R sind. D4.22 R ' = { xy, xy, R} def Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 24

25 1 Dagegen enthält die Inverse R einer Relation R A Balle geordneten Paare aus B A, die aus den Paaren von R dadurch hervorgehen, dass die Reihenfolge von deren Elementen umgekehrt wird. D4.23 R 1 = def { yx, xy, R} Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 25

26 Beispiel: Wenn { Bart,Karlo, Maggie,Karlo, Maggie,Pluto} F=, dann sind: F= ' { Bart,Pluto, Lisa,Karlo, Lisa,Pluto } 1 F = Dabei gilt: { Karlo,Bart, Karlo,Maggie, Pluto,Maggie } Lisa,Karlo, Lisa,Pluto, F ' Bart,Karlo, Bart,Pluto, = A B Maggie,Karlo, Maggie,Pluto F 1 Karlo,Lisa, Pluto,Lisa, Karlo,Bart, Pluto,Bart, = B A Karlo,Maggie, Pluto,Maggie Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 26

27 1? Wie lässt sich das Komplement F ' von F und die Inverse F von F angesichts dessen charakterisieren, dass F die Relation des Fütterns (... füttert... ) ist? Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 27

28 ? Bestimme die Relationen M ' und 1 M als Teilmengen von A A. Lisa,Lisa, Lisa,Bart, Lisa,Maggie, A A= Bart,Lisa, Bart,Bart, Bart,Maggie, Maggie,Lisa, Maggie,Bart, Maggie,Maggie Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 28

29 Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 29 Lisa,Lisa, Lisa,Bart, Lisa,Maggie, Bart,Lisa, Bart,Bart, Bart,Maggie, Maggie,Lisa, Maggie,Bart, Maggie,Maggie A A = Lisa,Bart, Bart,Lisa, Bart,Bart, Maggie,Lisa, Maggie,Bart M = Lisa,Lisa, Lisa,Maggie, ' Bart,Maggie, Maggie,Maggie M =

30 Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 30 Lisa,Lisa, Lisa,Bart, Lisa,Maggie, Bart,Lisa, Bart,Bart, Bart,Maggie, Maggie,Lisa, Maggie,Bart, Maggie,Maggie A A = Lisa,Bart, Bart,Lisa, Bart,Bart, Maggie,Lisa, Maggie,Bart M = 1 Bart,Lisa, Lisa,Bart, Bart,Bart, Lisa,Maggie, Bart,Maggie M =

31 Eigenschaften von binären Relationen D4.24 (1) R in A ist reflexiv gdw x A[ xx, R]. (2) R in A ist irreflexiv gdw x A[ xx, R]. Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 31

32 Beispiele: (a) Sei A= {1,2,3}. reflexiv: R= { 1,1, 2,2, 3,3 } 1 irreflexiv: R= { 1,3, 2,3 } 2 (b) Sei A die Menge der Menschen. reflexiv: ist ebenso alt wie irreflexiv: ist älter als Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 32

33 D4.25 (1) R in A ist symmetrisch gdw xy, Axy [, R yx, R]. (2) R in A ist asymmetrisch gdw xy, Axy [, R yx, R]. (3) R in A ist antisymmetrisch gdw xy, Axy [, R yx, R x= y]. Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 33

34 Beispiele: (a) symmetrisch: R= { 1,2, 2,1, 2,2 } 3 asymmetrisch: R= { 1,2, 3,1 } 4 antisymmetrisch: R= { 1,1, 2,3 } 5 (b) symmetrisch: ist Geschwister von asymmetrisch: ist Mutter von antisymmetrisch: ist nicht älter als Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 34

35 D4.26 (1) R in A ist transitiv gdw xyz,, Axy [, R yz, R xz, R]. (2) R in A ist intransitiv gdw xyz,, Axy [, R yz, R xz, R]. Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 35

36 Beispiele: (a) transitiv: R= { 1,1, 1,2, 1,3, 2,3 } 6 intransitiv: R= { 1,2, 2,3 } 7 (b) transitiv: ist Vorfahre von intransitiv: ist Großtante von Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 36

37 D4.27 R in A ist konnex (oder linear) gdw xy, Ax [ y xy, R yx, R]. Beispiele: (a) R= { 1,3, 2,1, 3,2 } 8 (b) ist älter als oder ebenso alt Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 37

38 ? Welche der vorangehend definierten Eigenschaften hat die Relation M? M= { Lisa,Bart, Bart,Lisa, Bart,Bart, Maggie,Lisa, Maggie,Bart} Ist M reflexiv oder irreflexiv? Ist M symmetrisch, asymmetrisch oder antisymmetrisch? Ist M transitiv oder intransitiv? Ist M konnex? Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 38

39 D4.28 (1) R aus A nach B ist linkstotal gdw [, ] x Ay B xy R (2) R aus A nach B ist rechtstotal (oder surjektiv) gdw [, ] y B x A xy R. Damit gibt es bei linkstotalem R zu jedem Element von A mindestens ein Bild (d.h. VbR ( ) = A), bei rechtstotalem R zu jedem Element von B mindestens ein Urbild (d.h. NbR ( ) = B). Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 39

40 ? Ist die Relation F linkstotal oder rechtstotal oder beides? F= { Bart,Karlo, Maggie,Karlo, Maggie,Pluto} Lisa Bart Maggie Karlo Pluto A B? Was folgt hieraus für die inverse Relation 1 F? Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 40

41 ? Ist die Relation M linkstotal oder rechtstotal oder beides? M = { Lisa,Bart, Bart,Lisa, Bart,Bart, Maggie,Lisa, Maggie,Bart}? Was folgt hieraus für die inverse Relation 1 M? Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 41

42 D4.29 (1) R aus A nach B ist linkseindeutig (oder injektiv) gdw [ ] xx, ' A y B xy, R x ', y R x= x '. (2) R aus A nach B ist rechtseindeutig gdw [ ] x A yy, ' B xy, R xy, ' R y= y '. Damit gibt es bei linkseindeutigem R zu jedem Element von B höchstens ein Urbild, bei rechtseindeutigem R zu jedem Element von A höchstens ein Bild. Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 42

43 ? Ist die Relation F linkseindeutig oder rechtseindeutig oder beides? F= { Bart,Karlo, Maggie,Karlo, Maggie,Pluto} Lisa Bart Maggie Karlo Pluto A B? Was folgt hieraus für die inverse Relation 1 F? Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 43

44 ? Ist die Relation M linkseindeutig oder rechtseindeutig oder beides? M= { Lisa,Bart, Bart,Lisa, Bart,Bart, Maggie,Lisa, Maggie,Bart}? Was folgt hieraus für die inverse Relation 1 M? Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 44

45 Spezielle Arten von binären Relationen Eine Relation, die reflexiv, symmetrisch und transitiv ist, ist eine Äquivalenzrelation. Beispiele: (a) R= { 1,1, 1,2, 1,3, 2,1, 2,2, 2,3, 3,1, 3,2, 3,3 } 9 (b) ist ebenso alt wie Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 45

46 Eine Relation, die reflexiv, antisymmetrisch und transitiv ist, ist eine schwache Ordnungsrelation (oder reflexive Halbordnung). Beispiele: (a) R = { 1,1, 1,2, 1,3, 2,2, 3,3 } 10 (b) ist nicht älter als Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 46

47 Eine Relation, die irreflexiv, asymmetrisch und transitiv ist, ist eine strenge Ordnungsrelation (oder irreflexive Halbordnung). Beispiele: (a) R = { 1,2, 1,3, 2,3 } 11 (b) ist älter als Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 47

48 Eine Relation, die reflexiv, antisymmetrisch, transitiv und konnex ist, ist eine totale Ordnungsrelation (oder Totalordnung). Beispiel: (a) R = { 1,1, 2,1, 2,2, 3,1, 3,2, 3,3 } 12 Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 48

49 ? Warum gehört die Relation M zu keiner dieser speziellen Arten? M = { Lisa,Bart, Bart,Lisa, Bart,Bart, Maggie,Lisa, Maggie,Bart} Johannes Dölling: Logik für Linguisten. WiSe 2012/13 49

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