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Abbildungen und Mengen

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Tags: Abbildung, Beweis, Gegenbeispiel, Gleichheit, Menge, Mengenlehre, Teilmengen

 
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adapterman

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20:42 Uhr, 25.11.2007

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Also, ich habe folgende Augabe gestellt bekommen:

 

Seien X und Y Mengen, A und A' Teilmengen von X. B und B' sind Teilmengen von Y sowie f: X Y eine Abbildung. Beweise die folgeden Beziehungen, zeige ggf. auch, dass Gleichheit nicht gilt.

 

(a) f [A A'] = f [A] f [A']



(b) f [A A'] f [A] f [A']

(c) Welche Inklusionen bestehen zwischen den Mengen:

    (1) A und f [f [A]]?



    (2) B und f [f [B]]?

 

Hinweis: soll hier oben stehen, bei uns heißt das dann z.B. f [B]] ist Urbild von B.

 

So lautet also die Aufgabe. 

Wir haben Tipps vom Gruppenleiter bekommen, was mir persönlich kein Stück bringt.

zu a) Wir könnten eine Fallunterscheidung machen nach der Methode "Wo liegt A?"

zu b) Es scheint, als wenn die Gleichheit hier nicht gilt, denn wir sollen ein Gegenbeispiel angeben, was ja nur bei Ungleichheit sinnvoll ist.

zu c) Hier sollen wir ausprobieren, was auch immer.

 

Ich weiß nicht einmal, warum er uns X und Y in der Aufgabe genannt hat, schließlich brauchen wir diese laut a), b) und c) gar nicht...

 

Hat jemand eine Idee, wo man bei den Aufgaben ansetzen könnte?

Hierzu passend bei OnlineMathe:

Online-Übungen (Übungsaufgaben) bei unterricht.de:
 
Online-Nachhilfe in Mathematik
Antwort
Rentnerin

Rentnerin

22:02 Uhr, 25.11.2007

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Hallo adapterman,



sei also f:X --> Y eine Abbildung und A bzw. A' Teilmengen von X und B bzw. B' Teilmengen von Y.



a)



aa) linke Menge wird als Teilmenge der rechten Menge nachgewiesen:

für x aus A vereinigt A' gilt x aus A oder x aus A'

damit ist f(x) aus f(A) oder f(x) aus f(A')

damit ist f(x) aus f(A) vereinigt f(A')



ab) rechte Menge wird als Teilmenge der linken Menge nachgewiesen:

für y aus f(A) vereinigt f(A') ist y aus f(A) oder y aus f(A')

damit gibt es (mindestens) ein x aus A oder ein x aus A' mit f(x) = y

damit gibt es (mindestens) ein x aus A vereinigt A' mit f(x) = y



Soweit zu a)



Gibt es dazu Fragen?



Gruß Rentnerin

adapterman

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22:19 Uhr, 25.11.2007

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Also mit linke und rechte Menge meinst du wohl die Angaben vor und hinter dem Gleichzeichen bei a)

 

Wenn ich das richtig verstanden habe, hast du nun gezeigt, dass in der linken Menge f(A) vereinigt f(A') vereinigt.

Also quasi "Wenn es ein x gibt, dass in der linken Menge liegt, ist es auch in der rechten Menge", oder?

 

Aber bei der rechten Menge komm ich nicht mehr mit, was hast du da mit dem y nun gezeigt?

Antwort
Rentnerin

Rentnerin

22:41 Uhr, 25.11.2007

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Die Gleichheit von Mengen wird häufig dadurch nachgewiesen, dass jede der beiden Mengen Teilmenge der anderen ist.



Die linke Menge L lautet L = f(A vereinigt A'); das ist übrigens eine Teilmenge von Y. Die Elemente der linken Menge sind L = {f(x) | x aus A vereinigt A'}. Für x aus A ist f(x) aus f(A) und für x aus A' ist f(x) aus f(A'). Damit ist L in f(A) vereinigt f(A') enthalten.



Die rechte Menge R lautet R = f(A) vereinigt f(A') mit f(A) = {f(x) | x aus A} und f(A') = {f(x) | x aus A'}. Für ein beliebiges y aus R gilt also y = f(x) für ein x aus A oder y = f(x) für ein x aus A'; in jedem Fall liegt also x in A vereinigt A' und damit y = f(x) in f(A vereinigt A').



adapterman

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23:01 Uhr, 25.11.2007

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Okay, so verstehe ich das! :D

 

Bei b) geht es dementsprechend ja um den Durchschnitt. Außerdem soll dort die linke Menge ja nur Teilmenge der rechten Menge sein.

Wie wende ich dort ein Gegenbeispiel an, um zu zeigen, dass es nicht der Fall ist?

Antwort
Rentnerin

Rentnerin

23:10 Uhr, 25.11.2007

Antworten
b)



Bennenen wir also wieder L = f(A geschnitten A'} und R = f(A) geschnitten f(A').



ba)

Sei nun y aus L; zu zeigen y aus R.

Wenn y aus L ist, dann ist y Funktionswert eines x, wobei x sowohl in A wie auch in A' liegt; damit ist y = f(x) sowohl in f(A) wie auch in f(A'), also in R



bb)

Es handelt sich um eine echte Inklusion; das liegt daran, dass Elemente x aus A bzw. A', die nicht im Durchschnitt von A und A' liegen, auf gleiche y abgebildet werden können. Einfaches Beispiel: f:[-1;1] --> R, f(x) = x^2 mit A = [-1;0] und A' = [0;1].

Es gilt A geschnitten A' = {0} und damit L = {0}; f(A) = [0;1] = f(A') = R.





adapterman

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23:36 Uhr, 25.11.2007

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Zu ba)

Du nimmst also ein y aus L und prüfst, ob es auch aus R ist.

y ist demnach ein Funktionswert von einem x, also f(x)=y. Da das x aus A oder A' kommt, also aus L, kommt ist y logscherweise aus L. Wie kommst du aber auf den Schluss, dass es auch aus R ist?

 

Zu bb)

Vorher wurde festgelegt: f(x) = x^2 mit A = [-1;0] und A' = [0;1]

Wie genau kommst du dann hierzu:

f(A) = [0;1] = f(A') = R

 

Hast du in x^2 einfach -1, 0 und 1 eingesetzt und dann 0;1 herausbekommen? 

 

Demnach wären L = {0} eine Teilmenge von R = {0, 1}, also doch wahr?

 

Bei c) frage ich mich vor allem, was dieses "f im f" bedeuten soll. Ist das eine Funktion innerhalt einer Funktion? Und was bewirkt der Pfeil da innen drin?

Antwort
Rentnerin

Rentnerin

23:51 Uhr, 25.11.2007

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zu ba)



erste Zeile richtig!

Wenn y aus L ist und L = f(A'') mit A'' = A geschnitten A' gilt, dann muss es ja ein x aus A'' geben mit y = f(x) (L besteht ja aus allen Bildelementen von A''). Dieses x liegt nicht in L (Teilmenge von Y) sondern in A'' (Teilmenge von X). Da x in A'' liegt, muss es in A und zugleich in A' liegen, also x aus A und x aus A'. Damit ist y = f(x) aus f(A) und zugleich y = f(x) aus f(A').



zu bb)

Der Graph zur Funktion f:[-1;1] --> R, f(x) = x^2 ist Teil einer Parabel (symmetrisch um den Koordinatenursprung mit dem Scheitel im Ursprung). Wenn A' = [0;1] ist, dann ist f(A') = f([0;1]) = [0;1], weil f auf A' streng monoton steigend (Quadrat positiver Zahlen!) ist und f(0) = 0 und f(1) = 1 ist; zudem ist f stetig, wodurch f([0;1]) alle Zahlen aus [0;1] "trifft". R bedeutet hier die rechte Menge (nicht die Menge der reellen Zahlen!).



Selbstverständlich ist L eine Teilmenge von R; das solltest Du ja auch beweisen (vgl. ba)). Aber R = [0;1] ist nicht Teilmenge von L = {0}.



Zu c) kommen wir gleich, wenn Du b) verstanden hast.
adapterman

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00:07 Uhr, 26.11.2007

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Gut, ba) hab ich nun raus.

 

Zu bb) 

Wir haben noch keine Darstellungen mit Graphen gehabt und die sind deswegen auch nicht Teil der Lösung.

Aber durch bb) ist demnach zusammen mit ba) bewiesen, dass Aufgabe b) stimmt. 

Also Elemente x, die ich aus A und A' wähle, kann ich auch auf y setzen.

Dass f[0;1] auf alle [0;1] trifft ist nach der Funktion ja nur logisch.

Antwort
Rentnerin

Rentnerin

00:21 Uhr, 26.11.2007

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Der Graph ist für die Lösung der Aufgabe nicht erforderlich, dient allerdings zum Auffinden eines Gegenbeispiels.



ba) zeigt, dass die Inklusion richtig ist; bb) zeigt, dass die Gleichheit der Mengen nicht notwendigerweise stimmt (Gegenbeispiel).









Schauen wir uns c) an!



Bei Dir soll f Y und B eine Teilmenge von Y, dann ist das Urbild von B eine Teilmenge von X; es besteht aus allen x, die durch f in B abgebildet werden. Die Menge kann natürlich auch leer sein, wenn alle f(x) außerhalb B liegen oder auch ganz X sein, wenn z.B. alle f(x) in B liegen.



Normalerweise wird das Urbild von B mit f^(-1)(B) bezeichnet, was ich auch hier benütze.



Deine zu findenden Inklusionen beziehen sich also auf den Vergleich von



c1) A und f^(-1)(f(A)) und

c2) B und f(f^(-1)(B)).



zu c1)

Bei f^(-1)(f(A)) wird also zuerst (von innen nach aussen!) einem a aus A der Funktionswert b=f(a) aus f(A) zugeordnet und dann alle x aus X gesucht, die auf b abgebildet werden. Zu diesen x gehört natürlich auch a, aber es könnten auch andere Elemente ausserhalb von A dazukommen.

Also ist A Teilmenge von f^(-1)(f(A)); die beiden Mengen sind nicht notwendigerweise identisch. Du kannst als Gegenbeispiel wieder die obige quadratische Funktion verwenden:



A = [-1;0], f(A) = [0;1], f^(-1)(f(A)) = [-1;1]



zu c2)

Nimm eine beliebige Teilmenge B aus Y; dann bezeichne A das Urbild von B in X, also alle a aus X, die durch f nach B abgebildet werden: f^(-1)(B) = {a aus X | f(a) aus B}.



Bilde nun wieder f(A) = f(f^(-1)(B)). All diese Elemente liegen natürlich wieder in B, also ist f(f^(-1)(B)) Teilmenge von B; andererseits kann es aber keine zusätzlichen Elemente in B geben, die nicht in f(f^(-1)(B)) liegen, da ja in A alle Urbildelemente von B liegen. Also sind beide Mengen identisch.



Gruß Rentnerin

Frage beantwortet
adapterman

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00:26 Uhr, 26.11.2007

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Also bei c1) bestehen die gleichen Inklusionen wie bei b). Es ist zwar eine Teilmenge, aber die Mengen sind nicht identisch!

 

c2) hab ich grad mit nem Freund über ICQ noch gelöst, wir kamen auf das Ergebnis, dass es Teilmengen UND auch identlisch sind. 

 

Auf jeden Fall vielen Dank für die Hilfe, sehr nett! :D