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Commit ec37f2ae authored by Michael Leuschel's avatar Michael Leuschel
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%% Cell type:markdown id: tags: %% Cell type:markdown id: tags:
# Vorlesung 0 - Teil 2 Mengentheorie # Vorlesung 0 - Teil 2 Mengentheorie
Grundlagen der Logik und Mengentheorie sind nicht im Skript. Grundlagen der Logik und Mengentheorie sind nicht im Skript.
Hier definieren wir einige Grundlagen und Notationen die im Skript verwendet werden. Hier definieren wir einige Grundlagen und Notationen die im Skript verwendet werden.
Ein gutes Verständnis dieser Grundlagen und Notationen ist für das Verständnis des Skripts, aber auch anderer Teile der Informatik unumgänglich. Ein gutes Verständnis dieser Grundlagen und Notationen ist für das Verständnis des Skripts, aber auch anderer Teile der Informatik unumgänglich.
%% Cell type:markdown id: tags: %% Cell type:markdown id: tags:
# Mengen # Mengen
Fundamentale Idee der Mengentheorie: Fundamentale Idee der Mengentheorie:
* _"The ability to regard any collection of objects as a single entity (i.e., as a set)."_ (Keith Devlin. Joy of Sets.) * _"The ability to regard any collection of objects as a single entity (i.e., as a set)."_ (Keith Devlin. Joy of Sets.)
In der Regel gibt es eine Domäne an "Objekten" aus denen man Mengen bauen kann. In der Regel gibt es eine Domäne an "Objekten" aus denen man Mengen bauen kann.
Was genau diese Objekte sind interessiert uns in der Mengentheorie nicht. Was genau diese Objekte sind interessiert uns in der Mengentheorie nicht.
Fundamental sind diese beiden Symbole: Fundamental sind diese beiden Symbole:
* wenn $a$ ein Objekt ist und $x$ eine Menge, dann * wenn $a$ ein Objekt ist und $x$ eine Menge, dann
* ist $a \in x$ wahr, wenn $a$ ein Element von $x$ ist * ist $a \in x$ wahr, wenn $a$ ein Element von $x$ ist
* ist $a \not\in x$ wahr, wenn $a$ **kein** Element von $x$ ist. * ist $a \not\in x$ wahr, wenn $a$ **kein** Element von $x$ ist.
$\in$ und $\not\in$ sind Prädikate, verbunden durch die Eigenschaft: $\in$ und $\not\in$ sind Prädikate, verbunden durch die Eigenschaft:
* $\forall(a,x).(a\not\in x \Leftrightarrow \neg(a \in x))$ * $\forall(a,x).(a\not\in x \Leftrightarrow \neg(a \in x))$
Eine besondere Menge ist die leere Menge $\emptyset$. Eine besondere Menge ist die leere Menge $\emptyset$.
Sie hat keine Elemente: Sie hat keine Elemente:
* $z = \emptyset \Leftrightarrow \forall(a).(a\not\in z)$ * $z = \emptyset \Leftrightarrow \forall(a).(a\not\in z)$
Zwei Mengen $x$ und $y$ sind gleich gdw wenn sie die gleichen Elemente haben: Zwei Mengen $x$ und $y$ sind gleich gdw wenn sie die gleichen Elemente haben:
* $\forall(x,y).(x=y \Leftrightarrow \forall(a).(a\in x \Leftrightarrow a \in y))$ * $\forall(x,y).(x=y \Leftrightarrow \forall(a).(a\in x \Leftrightarrow a \in y))$
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
∅ = {1} ∅ = {1}
``` ```
%% Output %% Output
$\mathit{FALSE}$ $\mathit{FALSE}$
FALSE FALSE
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
{1} = {1,2} {1} = {1,2}
``` ```
%% Output %% Output
$\mathit{FALSE}$ $\mathit{FALSE}$
FALSE FALSE
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
{1,2} = {1,2} {1,2} = {1,2}
``` ```
%% Output %% Output
$\mathit{TRUE}$ $\mathit{TRUE}$
TRUE TRUE
%% Cell type:markdown id: tags: %% Cell type:markdown id: tags:
# Notationen für Mengen: endliche Enumeration # Notationen für Mengen: endliche Enumeration
* explizite Auflistung aller Elemente $\{a_1,\ldots,a_n\}$ * explizite Auflistung aller Elemente $\{a_1,\ldots,a_n\}$
* die Reihenfolge spielt keine Rolle: * die Reihenfolge spielt keine Rolle:
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
{2,5,3} = {2,3,5} {2,5,3} = {2,3,5}
``` ```
%% Output %% Output
$\mathit{TRUE}$ $\mathit{TRUE}$
TRUE TRUE
%% Cell type:markdown id: tags: %% Cell type:markdown id: tags:
Dies ist im Unterschied zu Tupeln und Listen, die oft mit runden und eckigen Klammern geschriben werden: Dies ist im Unterschied zu Tupeln und Listen, die oft mit runden und eckigen Klammern geschriben werden:
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
(2,5,3) = (2,3,5) (2,5,3) = (2,3,5)
``` ```
%% Output %% Output
$\mathit{FALSE}$ $\mathit{FALSE}$
FALSE FALSE
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
[2,5,3] = [2,5,3] [2,5,3] = [2,5,3]
``` ```
%% Output %% Output
$\mathit{TRUE}$ $\mathit{TRUE}$
TRUE TRUE
%% Cell type:markdown id: tags: %% Cell type:markdown id: tags:
* Elemente können in der Enumeration mehrfach auftauchen: * Elemente können in der Enumeration mehrfach auftauchen:
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
{2,5,3,2,5} = {2,3,5} {2,5,3,2,5} = {2,3,5}
``` ```
%% Output %% Output
$\mathit{TRUE}$ $\mathit{TRUE}$
TRUE TRUE
%% Cell type:markdown id: tags: %% Cell type:markdown id: tags:
# Vereinigung, Schnitt, Differenz # Vereinigung, Schnitt, Differenz
Drei wichtige Operationen auf Mengen sind wie folgt. Drei wichtige Operationen auf Mengen sind wie folgt.
Vereinigung von Mengen $\cup$ : Vereinigung von Mengen $\cup$ :
* $z = x\cup y \Leftrightarrow \forall(a).(a\in z \Leftrightarrow (a\in x \vee a \in y))$ * $z = x\cup y \Leftrightarrow \forall(a).(a\in z \Leftrightarrow (a\in x \vee a \in y))$
Schnitt von Mengen $\cap$: Schnitt von Mengen $\cap$:
* $z = x\cap y \Leftrightarrow \forall(a).(a\in z \Leftrightarrow (a\in x \wedge a \in y))$ * $z = x\cap y \Leftrightarrow \forall(a).(a\in z \Leftrightarrow (a\in x \wedge a \in y))$
Differenz von Mengen $\setminus$: Differenz von Mengen $\setminus$:
* $z = x \setminus y \Leftrightarrow \forall(a).(a\in z \Leftrightarrow (a\in x \wedge a \not\in y))$ * $z = x \setminus y \Leftrightarrow \forall(a).(a\in z \Leftrightarrow (a\in x \wedge a \not\in y))$
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
{2,3,5} ∪ {5,7} {2,3,5} ∪ {5,7}
``` ```
%% Output %% Output
$\{2,3,5,7\}$ $\{2,3,5,7\}$
{2,3,5,7} {2,3,5,7}
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
{2,3,5}∩{5,7} {2,3,5}∩{5,7}
``` ```
%% Output %% Output
$\{5\}$ $\{5\}$
{5} {5}
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
{2,3,5}−{5,7} {2,3,5}−{5,7}
``` ```
%% Output %% Output
$\{2,3\}$ $\{2,3\}$
{2,3} {2,3}
%% Cell type:markdown id: tags: %% Cell type:markdown id: tags:
# Notationen für Mengen: per Prädikat # Notationen für Mengen: per Prädikat
Definition der Elemente durch ein Prädikat $\{a \mid P(a)\}$: Definition der Elemente durch ein Prädikat $\{a \mid P(a)\}$:
* $z = \{a \mid P(a)\} \Leftrightarrow \forall(a).(a\in z \equiv P(a))$ * $z = \{a \mid P(a)\} \Leftrightarrow \forall(a).(a\in z \equiv P(a))$
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
{a | a>1 & a<6 & a≠4} {a | a>1 & a<6 & a≠4}
``` ```
%% Output %% Output
$\{2,3,5\}$ $\{2,3,5\}$
{2,3,5} {2,3,5}
%% Cell type:markdown id: tags: %% Cell type:markdown id: tags:
Man kann damit auch unendliche Mengen darstellen: Man kann damit auch unendliche Mengen darstellen:
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
{a | a>10} {a | a>10}
``` ```
%% Output %% Output
$\{\mathit{a}\mid \mathit{a} > 10\}$ $\{\mathit{a}\mid \mathit{a} > 10\}$
{a∣a > 10} {a∣a > 10}
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
{a | a mod 2 = 0} ∩ {2,3,5} {a | a mod 2 = 0} ∩ {2,3,5}
``` ```
%% Output %% Output
$\{2\}$ $\{2\}$
{2} {2}
%% Cell type:markdown id: tags: %% Cell type:markdown id: tags:
Man kann damit auch die drei Mengenoperationen definieren: Man kann damit auch die drei Mengenoperationen definieren:
* $x \cup y = \{a \mid a\in x \vee a\in y\}$ * $x \cup y = \{a \mid a\in x \vee a\in y\}$
* $x \cap y = \{a \mid a\in x \wedge a\in y\}$ * $x \cap y = \{a \mid a\in x \wedge a\in y\}$
* $x \setminus y = \{a \mid a\in x \wedge a\not\in y\}$ * $x \setminus y = \{a \mid a\in x \wedge a\not\in y\}$
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
x = {2,3} & y = {2,5} & xy = {a| a∈x ∨ a∈y} x = {2,3} & y = {2,5} & xy = {a| a∈x ∨ a∈y}
``` ```
%% Output %% Output
$\mathit{TRUE}$ $\mathit{TRUE}$
**Solution:** **Solution:**
* $\mathit{xy} = \{2,3,5\}$ * $\mathit{xy} = \{2,3,5\}$
* $\mathit{x} = \{2,3\}$ * $\mathit{x} = \{2,3\}$
* $\mathit{y} = \{2,5\}$ * $\mathit{y} = \{2,5\}$
TRUE TRUE
Solution: Solution:
xy = {2,3,5} xy = {2,3,5}
x = {2,3} x = {2,3}
y = {2,5} y = {2,5}
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
x = {2,3} & y = {2,5} & xy = {a| a∈x ∧ a∈y} x = {2,3} & y = {2,5} & xy = {a| a∈x ∧ a∈y}
``` ```
%% Output %% Output
$\mathit{TRUE}$ $\mathit{TRUE}$
**Solution:** **Solution:**
* $\mathit{xy} = \{2\}$ * $\mathit{xy} = \{2\}$
* $\mathit{x} = \{2,3\}$ * $\mathit{x} = \{2,3\}$
* $\mathit{y} = \{2,5\}$ * $\mathit{y} = \{2,5\}$
TRUE TRUE
Solution: Solution:
xy = {2} xy = {2}
x = {2,3} x = {2,3}
y = {2,5} y = {2,5}
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
x = {2,3} & y = {2,5} & xy = {a| a∈x ∧ a∉y} x = {2,3} & y = {2,5} & xy = {a| a∈x ∧ a∉y}
``` ```
%% Output %% Output
$\mathit{TRUE}$ $\mathit{TRUE}$
**Solution:** **Solution:**
* $\mathit{xy} = \{3\}$ * $\mathit{xy} = \{3\}$
* $\mathit{x} = \{2,3\}$ * $\mathit{x} = \{2,3\}$
* $\mathit{y} = \{2,5\}$ * $\mathit{y} = \{2,5\}$
TRUE TRUE
Solution: Solution:
xy = {3} xy = {3}
x = {2,3} x = {2,3}
y = {2,5} y = {2,5}
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Als Kürzel führen wir auch die Notation $a..b$ für $\{x \mid x \geq a \wedge x \leq b\}$ ein. Als Kürzel führen wir auch die Notation $a..b$ für $\{x \mid x \geq a \wedge x \leq b\}$ ein.
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
1..10 1..10
``` ```
%% Output %% Output
$\{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10\}$ $\{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10\}$
{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10} {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}
%% Cell type:markdown id: tags: %% Cell type:markdown id: tags:
# Ein Theorem (Distributivgesetz 1) # Ein Theorem (Distributivgesetz 1)
Für alle Mengen $x$, $y$, $z$ gilt: Für alle Mengen $x$, $y$, $z$ gilt:
* $x \cup (y \cap z) = (x\cup y) \cap (x\cup z)$ * $x \cup (y \cap z) = (x\cup y) \cap (x\cup z)$
<img src="./img/Venn.pdf" width="300"> <img src="./img/Venn.pdf" width="300">
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
{2,3,55}∪({2,44,77}∩{2,44,66}) {2,3,55}∪({2,44,77}∩{2,44,66})
``` ```
%% Output %% Output
$\{2,3,44,55\}$ $\{2,3,44,55\}$
{2,3,44,55} {2,3,44,55}
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
({2,3,55}∪{2,44,77})∩({2,3,55}∪{2,44,66}) ({2,3,55}∪{2,44,77})∩({2,3,55}∪{2,44,66})
``` ```
%% Output %% Output
$\{2,3,44,55\}$ $\{2,3,44,55\}$
{2,3,44,55} {2,3,44,55}
%% Cell type:markdown id: tags: %% Cell type:markdown id: tags:
## Beweis von $x \cup (y \cap z) = (x\cup y) \cap (x\cup z)$ ## Beweis von $x \cup (y \cap z) = (x\cup y) \cap (x\cup z)$
Lemmata: Lemmata:
1. $x \cup y = \{a \mid a\in x \vee a\in y\}$ 1. $x \cup y = \{a \mid a\in x \vee a\in y\}$
2. $x \cap y = \{a \mid a\in x \wedge a\in y\}$ 2. $x \cap y = \{a \mid a\in x \wedge a\in y\}$
3. $a \in \{b \mid P(b)\} \equiv P(a)$ 3. $a \in \{b \mid P(b)\} \equiv P(a)$
4. $\phi \vee (\psi \wedge \rho) \equiv (\phi \vee \psi) \wedge (\phi \vee \rho)$ 4. $\phi \vee (\psi \wedge \rho) \equiv (\phi \vee \psi) \wedge (\phi \vee \rho)$
Äquivalenzbeweis Äquivalenzbeweis
1. $x \cup (y \cap z)$ 1. $x \cup (y \cap z)$
2. (Lemma 1) $\Longleftrightarrow$ $\{a \mid a\in x \vee a\in (y \cap z)\}$ 2. (Lemma 1) $\Longleftrightarrow$ $\{a \mid a\in x \vee a\in (y \cap z)\}$
3. (Lemma 2) $\Longleftrightarrow$ $\{a \mid a\in x \vee a\in \{b \mid b\in y \wedge b\in z\} \}$ 3. (Lemma 2) $\Longleftrightarrow$ $\{a \mid a\in x \vee a\in \{b \mid b\in y \wedge b\in z\} \}$
4. (Lemma 3) $\Longleftrightarrow$ $\{a \mid a\in x \vee (a\in y \wedge a\in z) \}$ 4. (Lemma 3) $\Longleftrightarrow$ $\{a \mid a\in x \vee (a\in y \wedge a\in z) \}$
5. (Lemma 4) $\Longleftrightarrow$ $\{a \mid (a\in x \vee a\in y) \wedge (a\in x \vee a\in z) \}$ 5. (Lemma 4) $\Longleftrightarrow$ $\{a \mid (a\in x \vee a\in y) \wedge (a\in x \vee a\in z) \}$
6. (Lemma 3, $\Leftarrow$) $\Longleftrightarrow$ $\{a \mid a\in \{b \mid b\in x \vee b\in y\} \wedge a\in \{b \mid b\in x \vee b\in z\} \}$ 6. (Lemma 3, $\Leftarrow$) $\Longleftrightarrow$ $\{a \mid a\in \{b \mid b\in x \vee b\in y\} \wedge a\in \{b \mid b\in x \vee b\in z\} \}$
7. (Lemma 1, $\Leftarrow$) $\Longleftrightarrow$ $\{a \mid a\in x \cup y \wedge a\in x \cup z) \}$ 7. (Lemma 1, $\Leftarrow$) $\Longleftrightarrow$ $\{a \mid a\in x \cup y \wedge a\in x \cup z) \}$
8. (Lemma 2, $\Leftarrow$) $(x\cup y) \cap (x\cup z)$ 8. (Lemma 2, $\Leftarrow$) $(x\cup y) \cap (x\cup z)$
%% Cell type:markdown id: tags: %% Cell type:markdown id: tags:
# Gesetze # Gesetze
Für alle Mengen $x$, $y$, $z$ gilt: Für alle Mengen $x$, $y$, $z$ gilt:
* $x \cup y = y \cup x$ (Kommutativ 1) * $x \cup y = y \cup x$ (Kommutativ 1)
* $x \cap y = y \cap x$ (Kommutativ 2) * $x \cap y = y \cap x$ (Kommutativ 2)
* $x \cup (y \cup z) = (x\cup y) \cup z$ (Assoziativ 1) * $x \cup (y \cup z) = (x\cup y) \cup z$ (Assoziativ 1)
* $x \cap (y \cap z) = (x\cap y) \cap z$ (Assoziativ 2) * $x \cap (y \cap z) = (x\cap y) \cap z$ (Assoziativ 2)
* $x \cup (y \cap z) = (x\cup y) \cap (x\cup z)$ (Distributiv 1, siehe oben) * $x \cup (y \cap z) = (x\cup y) \cap (x\cup z)$ (Distributiv 1, siehe oben)
* $x \cap (y \cup z) = (x\cap y) \cup (x\cap z)$ (Distributiv 2) * $x \cap (y \cup z) = (x\cap y) \cup (x\cap z)$ (Distributiv 2)
* $z \setminus (x \cup y) = (z\setminus x) \cap (z\setminus y)$ (De Morgan 1) * $z \setminus (x \cup y) = (z\setminus x) \cap (z\setminus y)$ (De Morgan 1)
* $z \setminus (x \cap y) = (z\setminus x) \cup (z\setminus y)$ (De Morgan 2) * $z \setminus (x \cap y) = (z\setminus x) \cup (z\setminus y)$ (De Morgan 2)
* $x \cup \emptyset = x$ (Leere Menge 1) * $x \cup \emptyset = x$ (Leere Menge 1)
* $x \cap \emptyset = \emptyset$ (Leere Menge 2) * $x \cap \emptyset = \emptyset$ (Leere Menge 2)
* $x \cap (z \setminus x) = \emptyset$ (Leere Menge 3) * $x \cap (z \setminus x) = \emptyset$ (Leere Menge 3)
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
(1..10) \ ({2,4,6,8} ∪ {5,10}) // De Morgan 1 - linke Seite (1..10) \ ({2,4,6,8} ∪ {5,10}) // De Morgan 1 - linke Seite
``` ```
%% Output %% Output
$\{1,3,7,9\}$ $\{1,3,7,9\}$
{1,3,7,9} {1,3,7,9}
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
(1..10) \ {2,4,6,8} (1..10) \ {2,4,6,8}
``` ```
%% Output %% Output
$\{1,3,5,7,9,10\}$ $\{1,3,5,7,9,10\}$
{1,3,5,7,9,10} {1,3,5,7,9,10}
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
(1..10) \ {5,10} (1..10) \ {5,10}
``` ```
%% Output %% Output
$\{1,2,3,4,6,7,8,9\}$ $\{1,2,3,4,6,7,8,9\}$
{1,2,3,4,6,7,8,9} {1,2,3,4,6,7,8,9}
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
((1..10) \ {2,4,6,8}) ∩ ((1..10) \ {5,10}) // De Morgan 1 - rechte Seite ((1..10) \ {2,4,6,8}) ∩ ((1..10) \ {5,10}) // De Morgan 1 - rechte Seite
``` ```
%% Output %% Output
$\{1,3,7,9\}$ $\{1,3,7,9\}$
{1,3,7,9} {1,3,7,9}
%% Cell type:markdown id: tags: %% Cell type:markdown id: tags:
Gesetze von De Morgan: $Op1( x ~ Op2 ~ y)$ wird umgewandelt nach $Op1(x) ~ Op2' ~ Op1(y)$, wo Op2' der duale Operator von Op2 ist. Gesetze von De Morgan: $Op1( x ~ Op2 ~ y)$ wird umgewandelt nach $Op1(x) ~ Op2' ~ Op1(y)$, wo Op2' der duale Operator von Op2 ist.
%% Cell type:code id: tags: %% Cell type:code id: tags:
``` prob ``` prob
{2,4} ∩ (ℤ \ {2,4})
```
%% Output
$\renewcommand{\emptyset}{\mathord\varnothing}\emptyset$
%% Cell type:markdown id: tags:
# Teilmenge
Eine Menge $x$ ist eine Teilmenge oder Untermenge von $y$ wenn gilt:
* $\forall a. a\in x \Rightarrow a \in y$
Wir benutzen diese Schreibweise $x \subseteq y$.
In diesem Fall ist $y$ auch eine Obermenge von $y$, geschrieben als $y \supseteq x$.
Für die echte Teilmenge benutzen wir folgende Schreibweise und Definition:
* $x \subset y$ $\Leftrightarrow$ $(x \subseteq y \wedge x\neq y)$.
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
x={1,3} ∧ y = 1..5 ∧ ∀a.(a∈x ⇒ a∈y)
```
%% Output
$\newcommand{\upto}{\mathbin{.\mkern1mu.}}\mathit{TRUE}$
**Solution:**
* $\mathit{x} = \{1,3\}$
* $\mathit{y} = (1 \upto 5)$
TRUE
Solution:
x = {1,3}
y = (1 ‥ 5)
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
x={1,3} ∧ y = 1..5 ∧ ∀a.(a∈y ⇒ a∈x)
```
%% Output
$\mathit{FALSE}$
FALSE
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
{1,3} ⊂ 1..5
```
%% Output
$\mathit{TRUE}$
TRUE
%% Cell type:markdown id: tags:
# Kardinalität
Die Anzahl der Elemente einer Menge $x$ schreiben wir als
* $\mid x\mid$ oder auch als $card(x)$ (B Schreibweise).
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
card({1,2,3})
```
%% Output
$3$
3
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
card({1,1,2,3,2})
```
%% Output
$3$
3
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
card(∅)
```
%% Output
$0$
0
%% Cell type:markdown id: tags:
Achtung, die Kardinalität kann auch unendlich sein: je nach Formalismus, ist folgender Ausdruck entweder unendlich oder nicht wohl definiert: $\mid \{x \mid x>0\} \mid$
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
card({x|x>0})
```
%% Output
:eval: NOT-WELL-DEFINED:
card applied to very large set, cardinality not representable in ProB: closure([x],[integer],b(greater(b(identifier(...),integer,[...]),b(value(...),integer,[...])),pred,[nodeid(pos(...))]))
%% Cell type:markdown id: tags:
# SEND+MORE=MONEY
Klassisches arithmetisches Puzzle wo acht unterschiedliche Ziffern gefunden werden sollen die folgende Gleichung erfüllen:
| | | | | |
|---|---|---|---|---|
| | S | E | N | D |
| + | M | O | R | E |
|
|= M| O | N | E | Y |
| | | | | |
Wir können dies nun in Logik, Mengentheorie und Arithmetik modellieren und lösen.
%% Cell type:markdown id: tags:
Wir haben acht Ziffern:
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
{S,E,N,D,M,O,R,Y} ⊆ 0..9
```
%% Output
$\mathit{TRUE}$
**Solution:**
* $\mathit{R} = 0$
* $\mathit{S} = 0$
* $\mathit{D} = 0$
* $\mathit{E} = 0$
* $\mathit{Y} = 0$
* $\mathit{M} = 0$
* $\mathit{N} = 0$
* $\mathit{O} = 0$
TRUE
Solution:
R = 0
S = 0
D = 0
E = 0
Y = 0
M = 0
N = 0
O = 0
%% Cell type:markdown id: tags:
diese Ziffern sind alle unterschiedlich:
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
{S,E,N,D,M,O,R,Y} ⊆ 0..9 ∧
card({S,E,N,D,M,O,R,Y}) = 8
```
%% Output
$\mathit{TRUE}$
**Solution:**
* $\mathit{R} = 1$
* $\mathit{S} = 7$
* $\mathit{D} = 4$
* $\mathit{E} = 6$
* $\mathit{Y} = 0$
* $\mathit{M} = 3$
* $\mathit{N} = 5$
* $\mathit{O} = 2$
TRUE
Solution:
R = 1
S = 7
D = 4
E = 6
Y = 0
M = 3
N = 5
O = 2
%% Cell type:markdown id: tags:
und wobei die zwei führenden Ziffern S und M ungleich 0 sind:
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
{S,E,N,D,M,O,R,Y} ⊆ 0..9 ∧ card({S,E,N,D,M,O,R,Y}) = 8 ∧
S ≠ 0 & M ≠ 0
```
%% Output
$\mathit{TRUE}$
**Solution:**
* $\mathit{R} = 1$
* $\mathit{S} = 7$
* $\mathit{D} = 4$
* $\mathit{E} = 6$
* $\mathit{Y} = 0$
* $\mathit{M} = 3$
* $\mathit{N} = 5$
* $\mathit{O} = 2$
TRUE
Solution:
R = 1
S = 7
D = 4
E = 6
Y = 0
M = 3
N = 5
O = 2
%% Cell type:markdown id: tags:
und wo die Summe von SEND+MORE MONEY ergibt:
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
{S,E,N,D,M,O,R,Y} ⊆ 0..9 ∧ card({S,E,N,D,M,O,R,Y}) = 8 ∧ S ≠ 0 & M ≠ 0 ∧
S*1000 + E*100 + N*10 + D +
M*1000 + O*100 + R*10 + E =
M*10000 + O*1000 + N*100 + E*10 + Y
```
%% Output
$\mathit{TRUE}$
**Solution:**
* $\mathit{R} = 8$
* $\mathit{S} = 9$
* $\mathit{D} = 7$
* $\mathit{E} = 5$
* $\mathit{Y} = 2$
* $\mathit{M} = 1$
* $\mathit{N} = 6$
* $\mathit{O} = 0$
TRUE
Solution:
R = 8
S = 9
D = 7
E = 5
Y = 2
M = 1
N = 6
O = 0
%% Cell type:markdown id: tags:
Aber ist dies die einzige Lösung ? Wir können einfach die Menge aller Lösungen berechnen:
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
{S,E,N,D, M,O,R, Y |
{S,E,N,D, M,O,R, Y} ⊆ 0..9 ∧ S >0 ∧ M >0 ∧
card({S,E,N,D, M,O,R, Y}) = 8 ∧
S*1000 + E*100 + N*10 + D +
M*1000 + O*100 + R*10 + E =
M*10000 + O*1000 + N*100 + E*10 + Y }
```
%% Output
$\{(9\mapsto 5\mapsto 6\mapsto 7\mapsto 1\mapsto 0\mapsto 8\mapsto 2)\}$
{(9↦5↦6↦7↦1↦0↦8↦2)}
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
:table {S,E,N,D, M,O,R, Y |
{S,E,N,D, M,O,R, Y} ⊆ 0..9 ∧ S >0 ∧ M >0 ∧
card({S,E,N,D, M,O,R, Y}) = 8 ∧
S*1000 + E*100 + N*10 + D +
M*1000 + O*100 + R*10 + E =
M*10000 + O*1000 + N*100 + E*10 + Y }
```
%% Output
|S|E|N|D|M|O|R|Y|
|---|---|---|---|---|---|---|---|
|$9$|$5$|$6$|$7$|$1$|$0$|$8$|$2$|
S E N D M O R Y
9 5 6 7 1 0 8 2
%% Cell type:markdown id: tags:
| | | | | |
|---|---|---|---|---|
| | S=9 | E=5 | N=6 | D=7 |
| + | M=1 | O=0 | R=8 | E=5 |
|
|= M=1| O=0 | N=6 | E=5 | Y=2 |
| | | | | |
%% Cell type:markdown id: tags:
Ein anderes arithmetisches Puzzle ist KISS*KISS=PASSION.
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
:table {K, I, S, P, A, O, N |
{K,P} ⊆ 1..9 ∧
{I,S,A,O,N} ⊆ 0..9 ∧
(1000*K+100*I+10*S+S) * (1000*K+100*I+10*S+S)
= 1000000*P+100000*A+10000*S+1000*S+100*I+10*O+N &
card({K, I, S, P, A, O, N}) = 7}
```
%% Output
|K|I|S|P|A|O|N|
|---|---|---|---|---|---|---|
|$2$|$0$|$3$|$4$|$1$|$8$|$9$|
K I S P A O N
2 0 3 4 1 8 9
%% Cell type:markdown id: tags:
# Mengen von Mengen
Mengen können selber auch Mengen beinhalten
Dies sind alles unterschiedliche Mengen:
* $\{\{2\},\{3,4\}\}$
* $\{\{2,3\},\{4\}\}$
* $\{\{2,3\},\{3,4\}\}$
* $\{\{2,3,4\}\}$
* $\{2,3,4\}$
Wir haben zum Beispiel:
* $\mathit{card}(\{\{2,3,4\}\}) = 1$
* $\mathit{card}(\{\{2\},\{3,4\}\}) = 2$
* $\mathit{card}(\{2,3,4\}) = 3$
* $\{2\} \in \{\{2\},\{3,4\}\} $
* $\{2\} \not\in \{\{2,3\},\{4\}\} $
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
card({2,3,4})
```
%% Output
$3$
3
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
card({{2,3,4}})
```
%% Output
$1$
1
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
card({{2},{3,4}})
```
%% Output
$2$
2
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
{2} ∈ {{2}, {3,4}}
```
%% Output
$\mathit{TRUE}$
TRUE
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
{2} ∈ {{2,3}, {4}}
```
%% Output
$\mathit{FALSE}$
FALSE
%% Cell type:markdown id: tags:
## Mengen von Mengen und die leere Menge
Achtung: man muss die leere Menge von der Menge die die leere Menge beinhaltet unterscheiden:
* $\emptyset \neq \{\emptyset\}$
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
∅ = {∅}
```
%% Output
$\mathit{FALSE}$
FALSE
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
card(∅)
```
%% Output
$0$
0
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
card({∅})
```
%% Output
$1$
1
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
∅ ∈ {∅}
```
%% Output
$\mathit{TRUE}$
TRUE
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
∅ ∈ ∅
```
%% Output
$\mathit{FALSE}$
FALSE
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
∅ ∉ ∅
```
%% Output
$\mathit{TRUE}$
TRUE
%% Cell type:markdown id: tags:
# Potenzmenge
Die Menge aller Untermengen einer Menge $A$ schreiben wir als $\pow(\mathit{A}) $ oder auch als $2^{A}$.
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
POW({1,2})
```
%% Output
$\renewcommand{\emptyset}{\mathord\varnothing}\{\emptyset,\{1\},\{1,2\},\{2\}\}$
{∅,{1},{1,2},{2}}
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
POW(∅)
```
%% Output
$\renewcommand{\emptyset}{\mathord\varnothing}\{\emptyset\}$
{∅}
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
POW(1..3)
```
%% Output
$\renewcommand{\emptyset}{\mathord\varnothing}\{\emptyset,\{1\},\{1,2\},\{1,3\},\{2\},\{1,2,3\},\{2,3\},\{3\}\}$
{∅,{1},{1,2},{1,3},{2},{1,2,3},{2,3},{3}}
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
:table POW(1..3)
```
%% Output
|Elements|
|---|
|$\renewcommand{\emptyset}{\mathord\varnothing}\emptyset$|
|$\{1\}$|
|$\{1,2\}$|
|$\{1,3\}$|
|$\{2\}$|
|$\{1,2,3\}$|
|$\{2,3\}$|
|$\{3\}$|
Elements
{}
{1}
{1,2}
{1,3}
{2}
{1,2,3}
{2,3}
{3}
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
:table POW(POW({1}))
```
%% Output
|Elements|
|---|
|$\renewcommand{\emptyset}{\mathord\varnothing}\renewcommand{\emptyset}{\mathord\varnothing}\renewcommand{\emptyset}{\mathord\varnothing}\emptyset$|
|$\{\emptyset\}$|
|$\{\emptyset,\{1\}\}$|
|$\{\{1\}\}$|
Elements
{}
{{}}
{{},{1}}
{{1}}
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
card(POW(1..3))
```
%% Output
$8$
8
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
card(POW(1..10))
```
%% Output
$1024$
1024
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
card(POW(1..100))
```
%% Output
$1267650600228229401496703205376$
1267650600228229401496703205376
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
card(POW(POW(1..7)))
```
%% Output
$340282366920938463463374607431768211456$
340282366920938463463374607431768211456
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
card(POW(POW(POW(1..3))))
```
%% Output
$115792089237316195423570985008687907853269984665640564039457584007913129639936$
115792089237316195423570985008687907853269984665640564039457584007913129639936
%% Cell type:markdown id: tags:
# Relationen
* Was ist eine Relation?
* Wie kann man Relationen in Mengentheorie und Logik abbilden?
%% Cell type:code id: tags:
``` prob
``` ```
......
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