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CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 62 RELAÇÕES 1. PRODUTO CARTESIANO Sejam A e B conjuntos não vazios. Chama-se produto cartesiano de A por B o conjunto de todo os pares ordenados ( , )x y com ex A y B . Notação: ( , ) | eA B x y x A y B Exemplo 1: Sejam A = { 1,2 } e B = { 2,4,6, } e C = { x | 1 ≤ x < 4 } i) A B = { (1,2), (1,4), (1,6), (2,2), (2,4), (2,6) }e sua representação gráfica é dada por: 0 A B A 1 2 ii) A C = {(a,c) | a A e c C } e sua representação gráfica é dada por: A C 0 iii) C C = {(a,b) | a C e b C} = {(a,b) | a [1,4[ e b [1,4[}e sua representação gráfica é dada por: 0 C C [1,4[ x [1,4[ CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 63 2. RELAÇÃO BINÁRIA Denomina-se relação binária de A em B a todo subconjunto de A B . Se ( , )x y indicamos por x y e ( , )x y indicamos por x y . 3. DOMÍNIO E IMAGEM Seja uma relação binária de A em B. Denomina-se domínio de o subconjunto de A, dos elementos de x A para os quais existe algum y em B com x y . Denomina-se imagem de o subconjunto de B, dos elementos de y B para os quais existe algum x em A com x y . Im | :y B x A x y 4. PROPRIEDADES DAS RELAÇÕES Seja .A B i) Reflexiva Dizemos que é reflexiva se ( )x x A x x ou ( ( , ) )x x A x x Exemplo 2: Mostremos que as relações dadas são reflexivas. a) Seja ( , ),( , ),( , ),( , ),( , )a a b b c c a c b a sobre , ,A a b c . é reflexiva, pois , ea a b b c c . b) Seja 2( , ) |x y x y é reflexiva, pois para ,x x x c) Seja 2( , ) |r s S r s r s sendo S plano euclidiano. é reflexiva, pois para ,r S r r ii) Simétrica Dizemos que é simétrica se, e somente se , ( )x y A x y y x . Exemplo 3: Mostremos que as relações dadas são simétricas. a) Seja ( , ),( , ),( , ),( , )a a b b a b b a sobre ,A a b . é simétrica, pois a b b a . CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 64 b) Seja a relação de perpendicularidade definida por: 2( , ) |r s S r s r s sendo S plano euclidiano. é simétrica, pois r s s r . iii) Transitiva Dizemos que é transitiva se, e somente se ( , , )(( ) )x y z x y e y z x z . Exemplo 4: Mostremos que a relação ( , ),( , ),( , ),( , )a a a b b c a c sobre , ,A a b c é transitiva. é transitiva pois, ( )a b e b c a c . iv) Antissimétrica Dizemos que é antissimétrica se, e somente se , (( ) )x y A x y e y x x y ou equivalente , ( ( ))x y A x y x y ou y x . Exemplo 5: Mostremos que a relação ( , ),( , ),( , ),( , )a a b b a b a c sobre , ,A a b c é antissimétrica. A sentença ( )a b e b a a b é verdadeira, pois F F é verdadeira. Exemplo 6: A relação ( , ),( , ),( , ),( , ),( , )a a b b a b b a c c sobre , ,A a b c não é antissimétrica. Não é antissimétrica, pois, ( )a b a b e b a . Observação: Se A é um conjunto finito com poucos elementos, é possível visualizar as propriedades por meio dos diagramas. Reflexiva: Em cada ponto do diagrama deve ter um laço. Simétrica: Toda flecha deve ter duas pontas. Transitiva: Todo par de flechas consecutivas Antissimétrica: Não há flechas com duas a b c d a b c CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 65 deve existir uma flecha cuja origem é a primeira e extremidade é a segunda. pontas. 5. RELAÇÃO DE EQUIVALÊNCIA Uma relação sobre A não vazio denomina-se relação de equivalência sobre A se, e somente se, for reflexiva, simétrica e transitiva. Exemplo 7: A relação ( , ),( , ),( , ),( , ),( , )a a b b c c c a a c sobre , ,A a b c é de equivalência, pois, valem as três propriedades: reflexiva, simétrica e transitiva. Exemplo 8: Seja A . A relação definida por , ,x y x y x y é de equivalência. i )Reflexiva A relação é reflexiva, pois, ( )( )x x x x ii)Simétrica A relação é simétrica, pois, ( , )( )x y x y y x iii) Transitiva A relação é transitiva, pois, ( , , )( ) )x y z x y e y z x z Exemplo 9: A relação de paralelismo no plano euclidiano S é uma relação de equivalência. Assim ( , )( )r s S r s r s i )Reflexiva A relação é reflexiva, pois, ( )( )r r S r r ii)Simétrica A relação é simétrica, pois, ( , )( )r s S r s s r iii) Transitiva A relação é transitiva, pois, ( , , )( ) )r s t S r s e s t r t . Exercícios de Aplicação 15: a b c d a b c d CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 66 Diga quais propriedades são válidas para as relações definidas a seguir. 1) ( , ),( , ),( , ),( , )a a b b c c c a sobre , ,A a b c i )Reflexiva ii)Simétrica iii) Transitiva iv) Antissimétrica 2) ( , ),( , )a a a b sobre ,A a b i )Reflexiva ii)Simétrica iii) Transitiva iv) Antissimétrica 3) ( , ),( , ),( , )a a b b b a sobre ,A a b i )Reflexiva ii)Simétrica iii) Transitiva iv) Antissimétrica 4) ( , ),( , ),( , ),( , ),( , )a a b b c c a b b a iii) Transitiva CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 67 Sobre , ,A a b c i )Reflexiva ii)Simétrica iv) Antissimétrica 5) Seja 2 2 2( , ) | 1x y x y , quais propriedades são válidas para as relação. i )Reflexiva ii)Simétrica iii) Transitiva iv) Antissimétrica 6. CLASSE DE EQUIVALÊNCIA Seja uma relação de equivalência sobre A. Dado ,a A denomina-se classe de equivalência determinada por a, o subconjunto de A, formado dos elementos x tal que .x a Simbolicamente |a x A x a 7. CONJUNTO QUOCIENTE O conjunto das classes de equivalência denomina-se conjunto quociente e se indica por /A Exemplo 10: A relação ( , ),( , ),( , ),( , ),( , )a a b b c c c a a c sobre , ,A a b c é de equivalência. Determinemos suas classes de equivalência começando por a, assim: , ,pois, a ea a c a a c e c a ,pois,b b b b , ,pois,c c a c c e a c e c a , logo podemos ver que a classe a c e temos duas classes, e indicamos por / , , ,A a b a c b Exemplo 11: CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 68 Seja a relação de equivalência sobre , , , , ,A a b c d e f ( , ),( , ),( , ),( , ),( , ),( , ),( , ),( , ),( , ),( , ),( , ),( , ),( , ),( , )a a b b a b b a c c d d d e e d e e e f f e f f f d d f Determinemos suas classes de equivalência. , ,pois, a ea a b a a b e b a c c ,pois, c c , ,d d e f ,pois, ,...d d e d f e d e e escrevemos o conjunto quociente / , , , ,A a b c d e f 8. PARTIÇÃO DE UM CONJUNTO Seja A um conjunto não vazio. Diz-se que a classe dos subconjuntos de A é uma partição de A se, e somente se 1) ( )( ) r r B 2) Se r s r s r s B B ou B B 3) 1 n r r B A Exemplo 12: Utilizando o exemplo 10 podemos escrever que , , , , ,A a b c d e f e / , , , ,A a b c d e f , assim /A forma uma partição de A pois chamando de 1 ,B a b 2 B c 3 , ,B d e f , tem-se 3 1 r r B A e a intersecção de dois a dois é sempre vazia e ( )( ) r r B Exemplo 13: Sejam A e definida por ( , ) ( , )a b c d a d b c . a) Verifique se é uma relação de equivalência. b) Caso afirmativo dar a classe de (2,3) . Deixamos a cargo do leitor a demonstração i )Reflexiva ii)Simétrica CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 69 iii) Transitiva a) ( , ) ( , )a b c d a d b c ( , ) ( , )c d e f c f d e , adicionando membro a membro e simplificando tem-se; ( ) ( , ) ( , )a f b e a b e f , logo é transitiva, portanto, é uma relação de equivalência. b) Classe de (2,3) = , | ( , ) (2,3)x y x y = , | 3 2x y x y = (2,3),(1,2),(3,4),.... Exercícios de aplicação 16: 1)Sejam*A e definida por ( , ) ( , )a b c d ad bc . a) Verifique se é uma relação de equivalência i )Reflexiva ii)Simétrica iii) Transitiva b) Caso afirmativo, dar a classe de (2,3) . 2) Seja a relação de equivalência sobre definida por , 1n mn m i i i a) Verifique se é uma relação de equivalência i )Reflexiva ii)Simétrica iii) Transitiva b) Caso afirmativo dar / . 3) Seja iii) Transitiva CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 70 * 2: ,definida por ( ) 1f f x x . a) Mostre que *( , ) | ( ) ( )a b af b bf a é de equivalência. i )Reflexiva ii)Simétrica b) Caso afirmativo dar a classe 3 . 4)Sejam A e definida por ( , ) 3/a b a b .(lê-se 3 divide a-b) a) Verifique se é uma relação de equivalência. i )Reflexiva ii)Simétrica iii) Transitiva b) Caso afirmativo, dar / 5) Seja , , ,A a b c d , complete o quadro Relação Reflexiva Simétrica transitiva = ( , ),( , ),( , ),( , )a a b b c c d d = ( , ),( , ),( , ),( , )a c c a c c a d = ( , ),( , ),( , ),( , ),( , ),( , )a a b b a b b a b d d b 6) Seja a relação de equivalência sobre (conjunto dos números complexos)definida por ( ) ( ) , 1x yi z ti x y z t i Descreva geometricamente a classe de equivalência determinada por 2 3i 7) Seja : ,f e a iii) Transitiva CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 71 relação *( , ) | ( ) ( )a b af b bf a . a) Mostre que é de equivalência. i )Reflexiva ii)Simétrica b)Sendo 2( )f x x , dar a classe 2 . 8) Em , definimos a relação de equivalência por ( , ) ( , ) |x y a b k x ka e y kb Descreva geometricamente Exercícios de aplicação 17: 1) Seja 2{( , ) | ( 1) ( 1)}x y x x y y . a) Determinar 1 ,a tal que 2.a b) Verifique se é antissimétrica. 2) Seja : ,f e a relação dada por iii) Transitiva CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 72 ( , ) | ( ) ( )a b f a f b a b a) Verifique se é uma relação de equivalência i )Reflexiva ii)Simétrica b) Sendo 2( ) 1f x x , determinar 3. 3) Em , definimos a relação de por 1 1 1 1 ( , ) ( , ) 2( )x y x y y y x x a) Verifique se é de equivalência i )Reflexiva ii)Simétrica iii) Transitiva b) Descreva geometricamente 4) Sejam *A e relação de equivalência definida por 2 2( , ) ( , )a b c d a b c d . Determine os valores de k , para que (2, ) ( 1,3)k k 5) 2) Seja : ,f e a relação dada CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 73 por ( , ) || ( ) | | ( ) |a b f a f b a) Verifique se é de equivalência i )Reflexiva ii)Simétrica iii) Transitiva b) Determine 2 , Sendo ( ) 1f x x 6) Seja a relação de equivalência sobre definida por: 2 2 2 2{( ),( ) | , 1}x yi z ti x y z t i Descreva geometricamente a classe de equivalência determinada por / . 7)Em [ 1,1] [ 1,1] , definimos a relação de equivalência por 2 2( , ) ( , ) ( ) ( ) .x y a b x y a b Descreva geometricamente as classes de equivalência: (0,0), (1, 1), ( 1,1). CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 74 8) Seja * 2: ,definida por ( ) 3f f x x x e relação de equivalência definida por: * 2 2( , ) | ( 1) ( ) ( 1) ( )x y x f y y f x , determine 2 . 9)Seja *{ |1 20}.A n n Em A definimos a relação de equivalência como segue: ( , ) têm o mesmo número de múltiplos em .x y x e y A Quantas e quais são essas classes? 10) Em [ 2, 1] [0,3],A definimos a relação “ ” por: 2 2 ,para e x y x y y x x y A . Verifique se o conjunto { | , 1 2 }C x x A x e x . CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 75 9. RELAÇÃO DE ORDEM Seja A um conjunto não vazio. Diz-se que a relação é de ordem parcial sobre A se, e somente se, for reflexiva, anti-simétrica e transitiva, isto é, são verdadeiras as propriedades: i) é reflexiva se ( )x x A x x ii) é antissimétrica se, e somente se , (( ) )x y A x y e y x x y iii) é transitiva se, e somente se ( , , )(( ) )x y z x y e y z x y . Notação: Se a b e é uma relação de ordem parcial escrevemos a b , lê-se “ a precede b” ou “ a antecede b” Se a relação é de ordem parcial sobre A, então dizemos que ( , )A é parcialmente ordenado. Elementos comparáveis Se a relação é de ordem parcial sobre A. Os elementos a e b de A, se dizem comparáveis se oua b b a . 10. ORDEM TOTAL Se a relação é de ordem parcial sobre A e os elementos a e b de A, forem comparáveis isto é, oua b b a , então é de ordem total. Nesse caso o conjunto A se diz totalmente ordenado. Exemplo 14: Sejam A e a relação definida por x y x y (menor ou igual é uma relação de ordem total, denominada ordem habitual). Mostremos que é uma relação de ordem total. i) é reflexiva, pois ( )x x x x ii) é antissimétrica, pois , (( ) )x y x y e y x x y iii) é transitiva, pois ( , , )(( ) )x y z x y e y z x z . Portanto é de ordem parcial sobre . Verifiquemos se é de ordem total; , (se , ou )x y x y x y y x , logo é de ordem total e, ( , )A se diz totalmente ordenado. 11. LIMITES SUPERIORES E INFERIORES Seja A um conjunto parcialmente ordenado mediante a relação . Seja B um subconjunto de A . Chamamos de limite superior de B a todo elemento | ,L A x L x B Chamamos de limite inferior de B a todo elemento | ,l A l x x B CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 76 12. MÁXIMO E MÍNIMO Sejam B A e uma relação de ordem parcial. Se ,L B então L é máximo. Se ,l B então l é mínimo. 13. SUPREMO E ÍNFIMO Seja A um conjunto parcialmente ordenado mediante a relação . Seja B um subconjunto de A . Chama-se supremo de B o mínimo do conjunto dos limites superiores de B (caso exista) Chama-se ínfimo de B o máximo do conjunto dos limites inferiores de B (caso exista). 11. BOA ORDEM é boa ordem sobre A se, qualquer subconjunto de A possuir mínimo e,( , )A se diz bem ordenado. Exemplo 15: Sejam , ] 1,2]A e a ordem habitual. Determinar a) Limites superiores de A, LS(A)= | 2L L b) Máximo de A, Max(A)= 2 c) Supremo de A, Sup(A)= 2 d) Limites inferiores de A, LI(A)= | 1l l e) Mínimo de A, não existe Min(A) f) Ínfimo de A, Inf(A)= 1 Exemplo 16: Sejam , , , ,A a b c d e e o diagrama simplificado da pré-ordem. Determinar os conjuntos indicados. ( no diagrama vê-se que a c ) a) Max(A)= a b) Sup(A)= a c) Min(A) = não existe d) Inf(A) = não existe a b c d e CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 77 Exemplo 17: Seja 1,2,3,4,5,6,7,8A e 3,6,7,B . Em A consideremos a pré-ordem definida pelo diagrama. Determinar i) a) LS(B)={7} b) Max(B)={7} c) Sup(B)= {7} d) LI(B)={3,4,5,8 } c) Min(B) ={3} d) Inf(B)= {3,4,5,8} ii) B é parcialmente ordenado (justifique) a) Reflexiva vale, pois, é pré-ordenado. b) Transitiva: Todo par de flechas consecutivas tem uma flecha cuja origem é a primeira e extremidade é a segunda. c) Antissimétrica: Devemos verificar se vale a propriedade para o conjunto B. (3 7 7 3) 3 7, F F é verdadeira. Analogamente para 3 e 6 e 6 e 7. iii) B é totalmente ordenado (justifique) Como B é pré-ordenado, devemos verificarse todos os elementos de B são comparáveis. 3 7 7 3ou (V) 3 6 6 3ou (V) 6 7 7 6ou (V), logo,( , )B é totalmente ordenado. 1 2 3 4 56 7 8 B CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 78 Exercícios de aplicação 18: 1) Seja 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10A e 2,3,5B . Em A consideremos a pré-ordem definida pelo diagrama. Determinar: i) a) LS(B)={ } b) Max(B)={ } c) Sup(B)= { } d) LI(B)={ } c) Min(B) = { } d) Inf(B)= { } ii) ( , )B é parcialmente ordenado? iii) ( , )B é totalmente ordenado? 2)Seja 1,2,3,4,5,6,7A e 4,5,7B . Em A consideremos a pré-ordem definida pelo diagrama. Determine i) a) LS(B)={ } b) Max(B)={ } c) Sup(B= { } d) LI(B)= { } e) Min(B) ={ } f) Inf(B)= { } 4 1 65 32 7 B 7 1 2 3 4 6 8 5 B 9 10 CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 79 ii) ( , )B é parcialmente ordenado? (justifique) iii) O que se deve fazer para ser ( , )B parcialmente ordenado iv) ( , )B é bem ordenado se for totalmente ordenado e se todos seus subconjuntos têm mínimo. Verifique se B é bem ordenado. 3)Seja 1,2,3,4,5A e 1,3,5B . Em A consideremos a pré-ordem definida pelo diagrama. Determine i) a) LS(B)={ } b) Max(B)={ } c) Sup(B)= { } d) LI(B)= { } c) Min(B) ={ } d) Inf(B)= { } ii) ( , )B é parcialmente ordenado? (justifique). ii) ( , )B é totalmente ordenado? (justifique). 1 54 3 2 B CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 80 1 3 5 6 B 2 4 4) Seja 0,1,2,3,4,5,6,7,8A e 0,1,2,3B . Em A consideremos a pré-ordem definida pelo diagrama. Determine i) a) LS(B)={ } b) Max(B)={ } c) Sup(B= { } d) LI(B)= { } c) Min(B) ={ } d) Inf(B)= { } ii) ( , )B é totalmente ordenado? (justifique) 5) Seja 1,2,3,4,5,6A e 2,3,4B . Em A consideremos a pré-ordem definida pelo diagrama. Determinar i) a) LS(B)= { } b) Max(B)={ } c) Sup(B)= { } d) LI(B)= { } c) Min(B) ={ } d) Inf(B)= { } ii) ( , )B é parcialmente ordenado? iii) ( , )B é totalmente ordenado? 2 4 1 3 56 7 0 8 CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 81 6) Seja 1,2,3,4,5,6A e 2,4,5B . Em A consideremos a pré-ordem definida pelo diagrama. Determinar i) a) LS(B)= { } b) Max(B)={ } c) Sup(B)= { } d) LI(B)= { } c) Min(B) ={ } d) Inf(B)= { } ii) ( , )B é parcialmente ordenado? iii) ( , )B é totalmente ordenado? 7) Seja 1,2,3,4,5,6,7,8A e 2,3,5,8B . Em A consideremos a pré- ordem definida pelo diagrama. Determinar i) a) LS(B)= { } b) Max(B)={ } c) Sup(B)= { } d) LI(B)= { } c) Min(B) ={ } d) Inf(B)= { } ii) ( , )B é parcialmente ordenado? iii) ( , )B é totalmente ordenado 6 4 1 3 2 B 57 8 1 2 5 6 34 B CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 82 8) Seja 1,2,3,4,5,6A e 1,5,6B . Em A consideremos a pré-ordem definida pelo diagrama. Determinar i) a) LS(B)= { } b) Max(B)={ } c) Sup(B)= { } d) LI(B)= { } c) Min(B) ={ } d) Inf(B)= { } ii) ( , )B é parcialmente ordenado? 9) Em { ,, , , , }A a c d e f , considere a pré- ordem definida pelo diagrama que segue Determinar i) a) LS(B)= { } b) Max(B)={ } c) Sup(B)= { } d) LI(B)= { } c) Min(B) ={ } d) Inf(B)= { } ii) ( , )B é parcialmente ordenado? iii) ( , )B não é boa ordem, eliminando qual seta ( , )B passa a ser boa ordem? B a b c d e f 64 1 3 B 5 2 CAPÍTULO 5 – Relações Paulette 83 10) Seja 1,2,3,4,5,6,7,8,9A e 1,2,3B . Em A consideremos a pré-ordem definida pelo diagrama Determinar i) a) LS(B)= { } b) Max(B)={ } c) Sup(B)= { } d) LI(B)= { } c) Min(B) ={ } d) Inf(B)= { } ii) ( , )B é parcialmente ordenado? 5) Seja 1,2,3,4,...12,13A e 4,5,7,9B . Em A consideremos a pré-ordem definida pelo diagrama. Determinar i) a) LS(B)= { } b) Max(B)={ } c) Sup(B)= { } d) LI(B)= { } c) Min(B) ={ } d) Inf(B)= { } ii) ( , )B é parcialmente ordenado? iii) ( , )B é totalmente ordenado 10 1 2 3 11 6 7 5 4 9 8 12 13 2 3 6 7 1 4 5 8 9