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関係と同値関係

等号 ==、大小 \le、整除 \mid は関係です。日常語よりも、どの順序対を選ぶかが正確に指定されています。写像も関係として表せますが、各入力に出力がちょうど一つという追加条件があります。すべての関係が写像ではありません。

等号は同値関係です。整数 a,ba,b に対し、n2n\ge2 を固定して ab(modn)    n(ab)a\equiv b\pmod n\iff n\mid(a-b) と定める合同関係も同値関係です。

法3なら [0]={,3,0,3,},[1],[2][0]=\{\ldots,-3,0,3,\ldots\},\quad [1],\quad[2] の三つの剰余類があります。[0]=[3][0]=[3] ですが、代表元0と集合 [0][0] は別の対象です。

逆に、集合を空でない互いに素な部分集合へ分割し、「同じ部分に属する」と定めれば同値関係になります。同値類全体の集合を商集合 A/A/{\sim} といいます。

商集合上で写像を定義するときは、代表元を別のものに変えても値が変わらないwell-defined性を確かめます。

Q関係の性質★☆☆

整数上の関係 aRb    abaRb\iff a-b が偶数、について三条件を判定してください。

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法2の合同関係です。

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反射・対称・推移をすべて満たすので同値関係です。同値類は偶数全体と奇数全体です。

Q同値類★★☆

法4の合同関係について [1][1] を書き、[1]=[5][1]=[5] を説明してください。

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4で割った余りが1の整数を集めます。

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[1]={4k+1kZ}[1]=\{4k+1\mid k\in\mathbb Z\} です。51=45-1=4 は4の倍数なので 15(mod4)1\equiv5\pmod4、したがって同値類は一致します。

Q反例で調べる★★★

実数上の関係 aRb    a<baRb\iff a<b は同値関係ですか。

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反射律を確認します。

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a<aa<a は成り立たないため反射律を満たさず、同値関係ではありません。推移律は満たしますが、それだけでは不十分です。