Äquivalenzrelationen & mod
Äquivalenzrelationen sortieren eine Menge in Schubladen: Was in derselben Schublade liegt, gilt als „gleich“. Das wichtigste Beispiel ist das Rechnen modulo m.
Definition · Äquivalenzrelation, KlasseDef. 1.31, Folien 3 S. 2
R heißt Äquivalenzrelation, wenn R reflexiv, symmetrisch und transitiv ist. Die Äquivalenzklasse von a ist [a]R = {b ∈ A : aRb}.Definition · PartitionDef. 1.34, Kor. 1.35, Folien 3 S. 5–8
Eine Zerlegung von A in nichtleere, paarweise disjunkte Teilmengen, die zusammen A ergeben. Äquivalenzrelationen und Partitionen entsprechen sich genau: Die Klassen bilden eine Partition, und zu jeder Partition gehört die Relation „liegt im selben Block“.Intuition: Schubladen
Satz 1.33 sagt: Zwei Klassen sind entweder gleich oder disjunkt. Jede Sache liegt in genau einer Schublade. Im Graphen einer Äquivalenzrelation ist jeder Block „komplett verbunden“: alle Pfeile innerhalb, Schlingen überall, keine Pfeile zwischen Blöcken.Beispiel · Äquivalenzhülle
A = {1, 2, 3, 4, 5}, R = {(1, 2), (2, 3), (4, 4)}. Ergänze möglichst wenige Paare, sodass eine Äquivalenzrelation entsteht.
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✏️ Übung · Zur Äquivalenzrelation ergänzen
Ergänze möglichst wenige Pfeile, sodass eine Äquivalenzrelation entsteht. Die Startpfeile bleiben fest. Wenn alles stimmt, werden die Klassen angezeigt.
✗ reflexiv
(a, a) fehlt.
✗ irreflexiv
(c, c) ist enthalten.
✗ symmetrisch
(a, b) ∈ R, aber (b, a) ∉ R.
✓ antisymmetrisch
Zwischen zwei verschiedenen Elementen nie Hin- und Rückpfeil.
✓ transitiv
Jeder Weg aus zwei Pfeilen hat schon eine direkte Abkürzung.
Knoten anklicken, dann Zielknoten: Pfeil an/aus. Neue Pfeile sind farbig.
R = {(a, b), (c, c)}
✏️ Übung · Partition oder nicht?
Ist das eine Partition von A = {1, 2, 3, 4, 5, 6}?
| {{1, 2}, {3, 4}, {5, 6}} | |
| {{1, 2, 3}, {3, 4, 5}, {6}} | |
| {{1, 2, 3, 4, 5, 6}} | |
| {{1}, {2}, {3}, {4}, {5}} | |
| {{1, 3, 5}, ∅, {2, 4, 6}} |
Kongruenz modulo m
Definition · a ≡ b (mod m)Bsp. 1.36, Folien 3 S. 9–10
a und b lassen bei Division durch m denselben Rest. Das ist eine Äquivalenzrelation auf ℤ mit genau m Klassen (Restklassen) {mq + r : q ∈ ℤ} für r = 0, 1, …, m − 1.Division mit Rest
a = q·m + r mit 0 ≤ r < m; q und r sind eindeutig. Für negative a wird q negativ genug gewählt: −7 = (−3)·3 + 2, also Rest 2 (nicht −1!). Und der wichtigste Trick: a ≡ b (mod m) ⇔ m | (a − b).✏️ Übung · Reste und Kongruenzen (Zufall)
Fünf richtige = gelöst (0/5).
Welchen Rest hat 15 bei Division durch 6? (also 15 mod 6)
✏️ Übung · Klassen einer Relation auf ℤ
Auf ℤ sei a ∼ b :⇔ a − b ist durch 3 teilbar. Wie viele Äquivalenzklassen gibt es, und welche ist [7]?