תרגול 9 תשעז

יחסי סדר

הגדרה: יחס R על A נקרא יחס סדר חלקי אם R רפלקסיבי, טרנזיטיבי ואנטי-סימטרי

דוגמאות ליחסי סדר חלקי:

• היחס 'קטן-שווה' על המספרים
• היחס 'מוכל-שווה' על הקבוצות
• היחס 'מחלק את ' על הטבעיים

הערה: עבור [math]\displaystyle{ A }[/math] קבוצה ויחס סדר חלקי עליה. נסמן [math]\displaystyle{ (A,\leq ) }[/math] את הקבוצה עם היחס

הגדרה. דיאגרמת הסה Hesse הינה דיאגרמה של יחס סדר חלקי על קבוצה. כל איבר המקושר לאיבר מתחתיו 'גדול' ממנו ביחס. נצייר את דיאגרמת הסה ליחס הכלה על קבוצת החזקה של הקבוצה [math]\displaystyle{ A=\{1,2,3\} }[/math].

הגדרות. יהיו A קבוצה וR יחס סדר חלקי על הקבוצה:

• איבר [math]\displaystyle{ x\in A }[/math] נקרא מינמלי ביחס לR אם [math]\displaystyle{ \forall y\in A:(y,x)\in R \rightarrow y=x }[/math]. כלומר, אין איבר 'קטן' מx. לא חייב להתקיים ש-x ביחס כלשהו עם איבר כלשהו.
• איבר [math]\displaystyle{ x\in A }[/math] נקרא מקסימלי ביחס לR אם [math]\displaystyle{ \forall y\in A:(x,y)\in R \rightarrow y=x }[/math]. כלומר, אין איבר 'גדול' מx. לא חייב להתקיים ש-x ביחס כלשהו עם איבר כלשהו.
• איבר [math]\displaystyle{ x\in A }[/math] נקרא קטן ביותר ביחס לR אם [math]\displaystyle{ \forall y\in A:(x,y)\in R }[/math]. כלומר, x 'קטן' מכל האיברים. x חייב להיות ביחס עם כל האיברים בקבוצה. (דוגמא: הקבוצה הריקה תחת יחס הכלה)
• איבר [math]\displaystyle{ x\in A }[/math] נקרא גדול ביותר ביחס לR אם [math]\displaystyle{ \forall y\in A:(y,x)\in R }[/math]. כלומר, x 'גדול' מכל האיברים. x חייב להיות ביחס עם כל האיברים בקבוצה. (דוגמא: הקבוצה B תחת יחס ההכלה על קבוצת החזקה של B)

הערה: קל להוכיח מתוך תכונת האנטי-סימטריות שאם קיים איבר קטן ביותר הוא יחיד (למרות שהוא לא חייב להיות קיים), ונכון הדבר לגבי איבר גדול ביותר.

הערה: קטן ביותר [math]\displaystyle{ \leftarrow }[/math] מינימלי, וכן גדול ביותר [math]\displaystyle{ \leftarrow }[/math] מקסימלי, ולא להיפך!

צייר את דיאגרמת הסה של היחס "מחלק את" על הקבוצה [math]\displaystyle{ A=\{1,2,...,10\} }[/math] מהם האיברים המינימלים והמקסימלים? האם קיים איבר קטן ביותר ואיבר גדול ביותר? צייר את היחס ההפוך של "מחלק את", זהו היחס "מתחלק ב". מהם האיברים המינימלים והמקסימלים? האם קיים איבר קטן ביותר ואיבר גדול ביותר?

תרגיל

תהא [math]\displaystyle{ A }[/math] קבוצה. חשב את [math]\displaystyle{ |\{ R\subseteq A\times A:R\text{ is order relation} \land \forall a\in A. a \text{ is maximally and minimally} \}| }[/math]

פתרון

נראה שיש רק יחס אחד כזה, והוא הזהות. יחס הזהות אכן מקיים את התנאי. נניח ש-[math]\displaystyle{ R }[/math] יחס סדר המקיים את התנאי ונראה ש-[math]\displaystyle{ R=I_A }[/math]:

כיוון ראשון: כל יחס סדר [math]\displaystyle{ R }[/math] מקיים [math]\displaystyle{ I_A\subseteq R }[/math].

כיוון שני: יהי [math]\displaystyle{ (a,b) \in R }[/math], אזי כיון ש- [math]\displaystyle{ a }[/math] מקסימלי נובע [math]\displaystyle{ b=a }[/math] ולכן [math]\displaystyle{ (a,b)=(a,a) \in I_A }[/math] כדרוש.

חסמים

הגדרות. יהיו A קבוצה, B קבוצה המוכלת בה וR יחס סדר חלקי:

• חסם מלעיל של B הוא איבר [math]\displaystyle{ x\in A }[/math] כך שמתקיים [math]\displaystyle{ \forall y\in B:(y,x)\in R }[/math]
• חסם מלרע של B הוא איבר [math]\displaystyle{ x\in A }[/math] כך שמתקיים [math]\displaystyle{ \forall y\in B:(x,y)\in R }[/math]
• החסם העליון (סופרמום) של B הינו המינימום של קבוצת חסמי המלעיל (אם קיים). מסומן [math]\displaystyle{ sup(B) }[/math]
• החסם התחתון (אינפימום) של B הינו המקסימום של קבוצת חסמי המלרע (אם קיים). מסומן [math]\displaystyle{ inf(B) }[/math]

דוגמאות

דוגמא עבור [math]\displaystyle{ \{A_i\}_{i\in I} }[/math] אוסף קבוצות. החסם העליון שלה הוא (ביחס להכלה) הוא [math]\displaystyle{ \cup _{i\in I} A_i }[/math]

דוגמא.

נביט בקבוצה [math]\displaystyle{ A=\{1,2,3,4,5\} }[/math] ונגדיר עליה יחס סדר חלקי:

[math]\displaystyle{ R=\{(1,1),(2,2),(3,3),(4,4),(5,5),(2,4),(1,2),(1,4),(3,2),(3,4),(5,2),(5,4)\} }[/math]

(הזוגיים 'גדולים' מכל אי הזוגיים ומהזוגיים הקטנים מהם)

נביט בתת הקבוצה המכילה את המספרים האי זוגיים בלבד [math]\displaystyle{ B=\{1,3,5\} }[/math]. קבוצת חסמי המלעיל של B הינה [math]\displaystyle{ \{2,4\} }[/math]. המינימום של קבוצה זו הוא 2 ולכן הוא החסם העליון של B. אין חסם מלרע ל-B ולכן בוודאי אין לה חסם תחתון.

הגדרה. יהי R יחס סדר חלקי על A. אם לכל שני איברים a,b בA מתקיים [math]\displaystyle{ [(a,b)\in R]\or[(b,a)\in R] }[/math] אזי R נקרא יחס סדר מלא.

למשל: היחס 'קטן שווה' על השלמים/הממשיים הוא יחס סדר מלא. שימו לב כי זו דוגמא ליחס סדר בלי איברים מינימליים או מקסימליים.