FHNW: mgli
Formeln, Notizen und andere Merkmale aus dem Modul "Mathematische Grundlagen der Informatik" (mgli) an der FHNW (FS 16)
Formeln, Notizen und andere Merkmale aus dem Modul "Mathematische Grundlagen der Informatik" (mgli) an der FHNW (FS 16)
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Cartes-fiches
Für was steht das Extensionalitätsprinzip?
Mengen sind durch ihre Elemente eindeutig bestimmt.
Wie lautet die Notation für die leere Menge?
Die leere Menge beinhaltet keine Elemente.
Die Notation lautet \(\{ \}\) oder \(\emptyset\)
Regeln und Notationen für Teilmengen?
Elemente in der Teilmenge T sind auch in der Menge M entahlten:
\(x \in T\) und \(x \in M\)
Notation für Teilmenge:
\(T \subset M\)
Wie ist Definition der Potenzmenge?
Die Potenzmenge \(P(M)\) von \(M\) ist die Menge aller Teilmengen von \(M\)
Beispiel:
\(M:= \{1,2\}\)
\(P(M) = \{\emptyset, \{1\},\{2\},\{1,2\}\}\)
Was ist unter einem geordneten Paar zu verstehen?
Ein geordnetes Paar, auch 2-Tupel genannt, ist in der Mathematik eine wichtige Art und Weise, zwei mathematische Objekte zu einer Einheit zusammenzufassen. Die beiden Objekte müssen dabei nicht notwendigerweise voneinander verschieden sein und ihre Reihenfolge spielt eine Rolle.
Wie lautet die Notation von geordneten Paaren?
\(a \in A\) und \(b \in B\)
Notation: \((a,b)\)
Das geordnete Paar von a und b.
Zwei geordnete Paare sind gleich \((a,b) = (c,d)\) wenn \(a = c\) und \(b = d \) gilt.
Was ist das kartesische Produkt?
Das kartesische Produkt zweier Mengen ist die Menge aller geordneten Paare von Elementen der beiden Mengen, wobei die erste Komponente ein Element der ersten Menge und die zweite Komponente ein Element der zweiten Menge ist.
Die Ergebnismenge wird oft auch Produktmenge oder Kreuzmenge genannt.
Definition: \(A \times B := \left\{ (a, b) \mid a \in A, b \in B \right\}\)
Beispiel zum Bild:
\(A := \{x,y,z\}\) und \(B:= \{1,2,3\}\)
\(A \times B\)
Was sind wichtige Merkmale beim kartesischen Produkt?
Die Reihenfolge der Mengen spielt eine Rolle. Es entstehen unterschiedliche Mengen!
Beispiel:
\(A=\{ a, b, c \}\) und \(B=\{ x, y \} \)
\(A \times B = \left\{ (a,x), (a,y), (b,x), (b,y), (c,x), (c,y) \right\}.\)
\(B \times A = \left\{ (x,a), (x,b), (x,c), (y,a), (y,b), (y,c) \right\},\)
Definition einer zweistelligen Relation
Eine zweistellige Relation \(R\) zwischen zwei Mengen \(A\) und \(B\) ist eine Teilmenge des kartesischen Produkts\( A \times B = \{(a,b) \mid a \in A, b \in B\}\)
Beispiel:
\(A := \{1,2\} , B:= \{3,4\}\)
\(\{(1,3)\} \subset A \times B = \{(1,3),(1,4),(2,3),(2,4)\}\)
Was ist mit Partition einer Menge gemeint?
In der Mengenlehre ist eine Partition (auch Zerlegung oder Klasseneinteilung) einer Menge M eine Menge P, deren Elemente nichtleere Teilmengen von M sind, sodass jedes Element von M in genau einem Element von P enthalten ist.
Beispiel:
\(P = \left\{\left\{3,5\right\},\left\{2,4,6\right\},\left\{7,8,9\right\}\right\}\)ist eine Partition der Menge \(M=\left\{2,3,4,5,6,7,8,9\right\}\). Die Elemente von \(P\) sind dabei paarweise disjunkte Teilmengen von \(M\). (Teilmengen sind die Mengen innerhalb von P)
\(P\) ist jedoch keine Partition der Menge \(N=\left\{1,2,3,4,5,6,7,8,9\right\}\), weil 1 zwar in \(N\), aber in keinem Element von \(P\) enthalten ist.
Wie kann die Anzahl Partitionen einer endlichen Menge herausgefunden werden?
Die Anzahl \(B_n\) der Partitionen einer \(n\)-elementigen Menge nennt man Bellsche Zahl(nach Eric Temple Bell). Die ersten Bellzahlen sind:
\( B_0 = 1, \quad B_1 = 1, \quad B_2 = 2, \quad B_3 = 5, \quad B_4 = 15, \quad B_5 = 52, \quad B_6 = 203, \quad\ldots\)
Wie lautet die Definition von Partitionen?
Gegeben sei eine Menge \(M\)
Eine Menge \(P\) bestehend aus Teilmengen \(A_1,A_2,...\) der Menge \(M\) heisst eine Partition von \(M\), wenn gilt:
- Sie ist eine Teilmenge von \(M\): \(A_i \subset M\)
- Die Teilmengen \(A_i\) sind nicht leer.
- Je zwei verschiedene Teilmengen sind disjunkt: \(A_i \cap A_j = \emptyset\) wenn \(i \neq j\)
- Die Vereinigung aller Mengen \(A_i\) ist \(M\):
\(M = A_1 \cup A_2 \cup \dots\)
Regeln auf Operationen mit Vereinigungen
\(A \cup \emptyset = A\)
\(A \cup \bar{A}= G\)
\(A \cup B = B \cup A\) (kommutativ)
\(A \cup (B \cup C) = (A \cup B) \cup C\) (assoziativ)
Regeln bei Operationen mit Durchschnitt
\(A \cap G =A\)
\(A \cap \bar{A} = \emptyset\)
\(A \cap B = B \cap A\) (kommutativ)
\(A \cap (B \cap C) = (A \cap B) \cap C\) (assoziativ)
Boolsche Algebra auf Mengen
\(A \cap (B \cup C) = (A \cap B) \cup (A \cap C)\)
\(A \cup(B \cap C) = (A \cup B) \cap (A \cup C)\)
Was ist die Potenzmenge der leeren Menge?
\(P(\emptyset) = \{ \emptyset \}\)
Menge der Elemente mit der Eigenschaft P(x)
\(\{ x | P(x) \}\)
Es existiert ein Element x aus A mit ...
\(\exists x \in A\)
Für alle x aus A gilt ...
\(\forall x \in A\)
Für was steht der Pfeil \(\Rightarrow\)
Der Pfeil \(\Rightarrow\) bedeutet es folgt / Implikation (Logik)
Reflexive Relation
\(\text{reflexiv} \leftrightarrow \forall x \in M : (x,x) \in R\)
Irreflexive Relation
\(\text{irreflexiv} \leftrightarrow \forall x \in M : (x,x) \notin R\)
Symmetrische Relation
\(\text{symmetrisch} \leftrightarrow \forall x, y \in M : (x,y) \in R \rightarrow (y,x) \in R\)
Antisymmetrische Relation
\(\text{antisymmetrisch} \leftrightarrow \forall x, y \in M : (x,y) \in R \wedge (y,x) \in R \rightarrow x = y\)
Transitive Relation
\(\text{transitiv} \leftrightarrow \forall x, y, z \in M : (x,y) \in R \wedge (y,z) \in R \rightarrow (x,z) \in R\)
Ordnungsrelation / Halbordnung
Eine binäre Relation \(R \subset M \times M\) heisst eine Ordnungsrelation auf \(M\) wenn \(R\) als Relation reflexiv, antisymmetrisch und transitiv ist. Ein Paar \((M, R)\) bestehend aus einer Menge und einer Ordnungsrelation nennen wir eine Halbordnung.
Minimales Element
Es sei \((M, \sqsubseteq)\) eine Halbordnung
Ein Element \(a \in M \) heisst minimales Element in M
\(: \longleftrightarrow \forall x \in M : (x \sqsubseteq a \longrightarrow x = a)\)
Maximales Element
Es sei \((M, \sqsubseteq)\) eine Halbordnung
Ein Element \(a \in M\) heisst maximales Element in \(M\)
\(: \longleftrightarrow \forall x \in M : (a \sqsubseteq x \longrightarrow x = a)\)
- Es kann mehrere maximale Elemente geben
- Ein Element kann gleichzeitig maximal und minimal sein.
Kleinstes Element
Es sei \((M, \sqsubseteq)\) eine Halbordnung
Ein Element \(a \in M\) heisst kleinstes Element in \(M\) \(: \longleftrightarrow \forall x \in M : a \sqsubseteq x\)
Grösstes Element
Es sei \((M, \sqsubseteq)\) eine Halbordnung
Ein Element \(a \in M\) heisst grösstes Element in \(M : \longleftrightarrow \forall x \in M : x \sqsubseteq a\)
Relation: Produkt der Mengen \(R\) und \(S\)
\(R \subset M \times M\)
Gegeben: \(R \subset M \times M\)
\(S \circ R := \{ (x,z) | \exists y \in M : (x,y) \in R \wedge (y,z) \in S \}\)
Tipp: Am besten von rechts nach links lesen
Funktion: Totale Relation
Sei \(R \subset A \times B\)
Die Relation \(R\) heisst total, wenn für alle Elemente \(x \in A\) mindestens ein Element \(y \in B\) existriert, dass gilt \((x,y) \in R\)
Funktion: Funktionale Relation
Sei \(R \subset A \times B\)
\(\forall x \in A , \forall y,z \in B : (x,y),(x,z) \in R \rightarrow y = z\)
Die Relation \(R\) heisst funktional, wenn für alle Elemente \(x \in A\) und alle Elemente \(y,z \in B\), für die \((x,y) \in R \) und \((x,z) \in R\), folgt, dass \(y = z\)
Notation für Funktion
\(f \subset A \times B\)
Eine Relation \(R \subset A \times B\) heisst eine Funktion oder eine Abbildung genau dann, wenn \(R\) total und funktional ist.
\(f : A \longrightarrow B\)
\(x \longrightarrow f(x)\)
Ordnungshomomorphismus / ordnungstreue Abbildung
Gegeben seien zwei Halbordnungen: \((M, \sqsubseteq) , (M^*,\sqsubseteq^*)\)
\(h : M \longrightarrow M^*\)
\(\forall x,y \in M : ( x \sqsubseteq y \rightarrow h(x) \sqsubseteq ^{*} h(y))\)