Соответствия между элементами множеств

Слово «соответствие» в русском языке употребляется довольно часто, оно означает соотношение между чем-либо, выражающее согласованность, равенство в каком-либо отношении (толковый словарь Ожегова).

В жизни часто приходится слышать: «Этот учебник соответствует данной программе, а этот учебник не соответствует (но может соответствовать другой программе); это яблоко соответствует высшему сорту, а это только первому». Мы говорим, что этому ответу на экзамене соответствует оценка «отлично», этому – «хорошо». Мы говорим, что этому человеку соответствует (в смысле подходит) одежда 46 размера. В соответствии с инструкцией следует поступать так, а не иначе. Наблюдается соответствие между количеством солнечных дней в году и урожайностью культуры.

Если попытаться проанализировать эти примеры, то можно заметить, что во всех случаях речь идет о двух классах объектов, причем между объектами из одного класса устанавливается по определенным правилам некая связь с объектами другого класса. Например, в случае соответствия одежды определенного размера, один класс объектов – это люди, а другой класс объектов – это некоторые натуральные числа, играющие роль размеров одежды. Правило, по которому устанавливается соответствие, можем задать, например, с помощью естественного алгоритма – примерки конкретного костюма или определения «на глаз» его годности.

Мы будем рассматривать соответствия, для которых классы объектов, между которыми устанавливается соответствие и правило установления соответствия, вполне определены. Многочисленные примеры таких соответствий изучались в школе. Прежде всего, это, конечно, функции. Любая функция есть пример соответствия. Действительно, рассмотрим, например, функцию у = х + 3. Если не говорится специально об области определения функции, то считают, что каждому числовому значению аргумента х соответствует числовое значение у, которое находится по правилу: к х нужно прибавить 3. В этом случае соответствие устанавливается между множествами R и R действительных чисел.

Заметим, что установление связей между двумя множествами X и Y связано с рассмотрением пар объектов, образованных из элементов множества X и соответствующих элементов множества Y.

Определение. Соответствием между множествами X и Y называют всякое непустое подмножество декартова произведения X ´ Y.

Множество X называется областью отправления соответствия, множество Y – областью прибытия соответствия.

Соответствия между множествами принято обозначать прописными буквами латинского алфавита, например, R, S, Т. Если R – некоторое соответствие между множествами X и Y, то, согласно определению, соответствия, R Í Х ´ Y и R ≠ Æ. Раз соответствие между множествами X и Y есть всякое подмножество декартова произведения Х ´ Y, т.е. является множеством упорядоченных пар, то способы задания соответствий по существу такие же, как и способы задания множеств. Итак, соответствие R между множествами X и Y можно задать:

а) перечислением всех пар элементов (х, y) Î R;

б) указанием характеристического свойства, которым обладают все пары (х, у) множества R и не обладает ни одна пара, не являющаяся его элементом.

П р и м е р ы.

1) Соответствие R между множествами X = {20, 25} и Y = {4, 5, 6} задано указанием характеристического свойства: «х кратно у»,
х Î Х, у Î Y. Тогда множество R = {(20, 4), (20, 5),(25, 5)}.

2) Соответствие R между множествами X = {2, 4, 6, 8} и

Y = {1, 3, 5} задано множеством пар R = {(4, 1), (6, 3), (8, 5)}.

Если R – соответствие между двумя числовыми множествами X и Y, то, изобразив все пары чисел, находящихся в соответствии R на координатной плоскости, получим фигуру, называемую графиком соответствия R. Обратно, любое подмножество точек координатной плоскости считают графиком некоторого соответствия между числовыми множествами X и Y.

Граф соответствия

Для наглядного изображения соответствий между конечными множествами кроме графика применяются графы. (От греческого слова «графо» – пишу, сравните: график, телеграф).

Для построения графа соответствия между множествами X и Y элементы каждого из множеств изображают точками на плоскости, после проводят стрелки от х Î Х к у Î Y, если пара (х, у) принадлежит данному соответствию. Получается чертеж, состоящий из точек и стрелок.

П р и м е р. Соответствие R между множествами X = {2, 3, 4, 5} и Y = {4, 9} задано перечислением пар R = {(2, 4), (4, 4), (3, 9)}.

Рис. 1

Изобразим это соответствие с помощью графа (рис. 1). Рассмотрим элемент 4 Î Y, в него приходят стрелки из элементов 2, 4 из множества Х. Элемент 4 Î Y называется образом элементов 2 и 4, принадлежащих множеству X при соответствии R. Запись 2R4 читается: «элементу 2 Î Х и соответствует 4 Î Y или «двойке соответствует четверка».

Точно так же можно записать 4R4, 3R9. И вообще, если пара
(х, y) Î R, то говорят, что элементу х Î Х соответствует элемент у Î Y и записывают хRу. Элемент 2 Î Х называется прообразом элемента
4 Î Y при соответствии R и обозначается 4R^-12. Аналогично можно записать 4R^-14, 9R^-13.