• Nenhum resultado encontrado

Distributiivinen hila

No documento Insidenssifunktioiden teoriaa (páginas 74-82)

relaation ≤ transitiivisuuden perusteella xy. Näin ollen xy ja x y, mikä on ristiriita, ja täten z y. Näin ollen y z ja z y, ja täten määritelmän 3.4 perusteella ykz.

(4) Lauseen 5.4 perusteella zzw. Näin ollen xz ja zxy, ja täten lauseiden 5.15 ja 5.8 perusteella xy=yz.

(5) Relaation ≤ refleksiivisyyden ja lauseiden 5.11 ja 5.4 perusteella zyzw=xyx,

ja täten relaation≤transitiivisuuden perusteella zyx. Näin ollenxz ja zyx, ja täten lauseiden 5.15 ja 5.8 perusteella xy =yz.

Kohtien (1)–(5) perusteella

x, y, zL:x < z, xky, y kz, xy =yz ja xy=yz, ja näin ollen lauseen 5.23 perusteella L /∈ LatM(P). Vastaavalla tavalla voi- daan osoittaa, että L /∈LatM(P), josy 6=w. Edellä osoitetun ja kontraposi- tioperiaatteen perusteella

x, y, z, wL: (xz, yw ja xy=zw)

xy=zw⇔(x=z ja y=w), jos L∈LatM(P).

Lause 5.25. Olkoon (P,≤) poset ja L∈Lat(P). Jos L∈LatM(P), niin

x, y, z, wL: (xz, yw ja xy=zw)

xy=zw⇔(x=z ja y=w). Todistus. Voidaan todistaa vastaavalla tavalla kuten lause 5.24.

Määritelmä 5.10. ([2, s. 131]) Poset (P,≤) on distributiivinen hila, jos P ∈LatD(P).

Esimerkki 5.2. ([2, s. 131].) Joukon X potenssijoukon P(X) ja osajoukko- relaation ⊆ muodostama poset (P(X),⊆) (ks. esimerkki 3.1) on distributii- vinen hila (ks. esimerkki 5.1).

Lause 5.26. Olkoon (P,≤) poset ja L ∈ Lat(P). Tällöin seuraavat kohdat ovat yhtäpitävät:

(i) ∀x, y, zL:x∨(yz) = (xy)∧(xz).

(ii) ∀x, y, zL:x∧(yz) = (xy)∨(xz).

Todistus (vrt. [2, s. 130–131]). Olkoon (P,≤) poset ja L∈Lat(P).

(1) Oletetaan, että kohta (i) pitää paikkansa. Olkoot x, y, zL. Tällöin lauseiden 5.8, 5.10 ja 5.7 perusteella

(xy)∨(xz) = ((xy)∨x)∧((xy)∨z)

= (x∨(xy))∧(z∨(xy))

=x∧(z∨(xy))

=x∧((zx)∧(zy))

=x∧((xz)∧(yz))

= (x∧(xz))∧(yz)

=x∧(yz), ja näin ollen kohta (ii) pitää paikkansa.

(2) Kohtaa (1) vastaavalla tavalla voidaan osoittaa, että kohta (i) pitää paikkansa, jos kohta (ii) pitää paikkansa.

Kohtien (1) ja (2) perusteella kohdat (i) ja (ii) ovat yhtäpitävät.

Lause 5.27. Olkoon (P,≤) poset. Tällöin Chain(P)⊆LatD(P).

Todistus (vrt. [2, s. 131], [8, s. 299]). Olkoon (P,≤) poset ja C ∈Chain(P).

Tällöin lauseen 5.2 perusteella C ∈ Lat(P). Olkoot x, y, zC. Määritel- män 3.24 ja lauseen 5.6 perusteella muodostettu taulukko

x, y, z yz xy xz x∨(yz) (xy)∧(xz)

xyz y y z y y

xzy z y z z z

yxz y x z x x

yzx y x x x x

zxy z y x x x

zyx z x x x x

osoittaa, että alkioiden x, y ja z keskinäisestä järjestyksestä riippumatta x ∨ (yz) = (xy) ∧ (xz). Näin ollen määritelmän 5.9 perusteella C ∈LatD(P), ja täten määritelmän 2.7 perusteella Chain(P)⊆LatD(P).

Lause 5.28. Olkoon (P,≤) poset. Tällöin LatD(P)⊆LatM(P).

Todistus (vrt. [2, s. 130–131]). Olkoon (P,≤) poset ja L ∈ LatD(P), ja ol- koot x, y, zL sellaiset, että xz. Tällöin määritelmän 5.9 ja lauseen 5.6 perusteella

x∨(yz) = (xy)∧(xz) = (xy)∧z.

Näin ollen määritelmän 5.7 perusteella L ∈ LatM(P), ja täten määritel- män 2.7 perusteella LatD(P)⊆LatM(P).

Lause 5.29. Olkoon (P,≤) poset ja L∈Lat(P). Jos L /∈LatM(P) tai

x, y, zL: xky, xkz, ykz,

xy=xz =yz ja xy=xz=yz.

niin L /∈LatD(P).

Todistus (vrt. [2, s. 132]). Olkoon (P,≤) poset ja L ∈ Lat(P). Jos L /∈ LatM(P), niin lauseen 5.28 ja määritelmän 2.7 perusteella L /∈ LatD(P).

Jos x, y, zL ovat sellaiset, että

xky, xkz, ykz, xy=xz =yz ja xy=xz =yz, niin lauseen 5.10 perusteella

x∨(yz) =x∨(xz) =x ja lauseen 5.9 perusteella

(xy)∧(xz) = (xy)∧(xy) =xy.

Koska x k y, niin määritelmän 3.4 perusteella y x ja täten lauseen 5.6 perusteella xy 6= x. Näin ollen x∨(yz) 6= (xy)∧(xz), ja täten määritelmän 5.9 perusteella L /∈LatD(P).

Huomautus. Lauseessa 5.29 esiintyvien posetin (P,≤) hilan Lalkioidenx,y, z, xyja xy muodostama joukonL osajoukko muodostaa posetin (P,≤) hilan, jossa on täsmälleen viisi (5) alkiota. Kyseisen rakenteen omaavista hiloista käytetään nimitystä M-kolme ja merkintää M3. (Ks. [2, s. 132]).

Lause 5.30. Olkoon(P,≤)poset jaL∈Lat(P). JosL /∈LatD(P), niin siitä ei seuraa, että L /∈LatM(P).

Todistus. Määritellään joukko P ja relaatio≤ joukossa P seuraavasti:

P ={a, b, c, d, e} (|P |= 5), ≤={ ha, ai,ha, bi,ha, ci,ha, di,ha, ei,hb, bi, hb, ei,hc, ci,hc, ei,hd, di,hd, ei,he, ei}.

Määritelmän 3.1 perusteella relaatio ≤ on joukon P osittainen järjestys, ja täten määritelmän 3.2 perusteella (P,≤) on poset. Määritelmän 5.1 perus- teella P ∈Lat(P). Määritelmien 3.15, 3.16, 5.5 ja 5.6 perusteella

b∨(cd) =ba =b ja (bc)∧(bd) =ee=e.

Koska b 6= e, niin b∨(cd) 6= (bc)∧(bd), ja täten määritelmän 5.9 perusteella P /∈ LatD(P). Jos x, y, zP ja x < z, niin määritelmien 3.17 ja 3.4 perusteella xy tai yz, ja näin ollen lauseen 5.23 perusteella P ∈LatM(P). Näin ollen P /∈LatD(P), mutta P ∈LatM(P).

Lause 5.31. Olkoon (P,≤) poset ja L ∈ Lat(P). Jos L /∈ LatD(P), niin L /∈LatM(P) tai

x, y, zL: xky, xkz, ykz,

xy=xz =yz ja xy=xz=yz.

Todistus (vrt. [2, s. 134–136]). Olkoon (P,≤) poset ja L∈Lat(P) sellainen, että L /∈ LatD(P). Tällöin lauseen 5.30 perusteella joko L /∈ LatM(P) tai L∈ LatM(P). Oletetaan, että L ∈LatM(P). KoskaL /∈LatD(P), niin mää- ritelmän 5.9 perusteella

x0, y0, z0L:x0∨(y0z0)6= (x0y0)∧(x0z0).

Olkoot a, b, cL sellaiset, että a∨(bc) 6= (ab)∧(ac). Asetetaan x= (a∨(bc))∧(bc),y= (b∨(ac))∧(ac) jaz = (c∨(ab))∧(ab), ja osoitetaan, että näin valitut x, y, zL täyttävät vaaditut ehdot.

(1) Lauseiden 5.8 ja 5.4, määritelmän 5.7 ja lauseiden 5.7, 5.11, 5.6 ja 5.20 perusteella

xy =(a∨(bc))∧(bc)(b∨(ac))∧(ac)

=((bc)∨a)∧(bc)((ac)∨b)∧(ac)

=(bc)∨(a∧(bc))(ac)∨(b∧(ac))

=h(bc)∨(a∧(bc))∨(ac)i∨(b∧(ac))

=h(ac)∨(a∧(bc))∨(bc)i∨(b∧(ac))

=h(ac)∨(a∧(bc))∨(bc)i∨(b∧(ac))

=(ac)∨(a∧(bc))(bc)∨(b∧(ac))

= (a∧(bc))∨(b∧(ac))

= ((ab)∧(ac))∧(bc).

Vastaavalla tavalla voidaan osoittaa, että

xz = ((ab)∧(ac))∧(bc) ja yz = ((ab)∧(ac))∧(bc).

Näin ollenxy =xz =yz.

(2) Lauseiden 5.7, 5.8, 5.4, 5.11, 5.6 ja 5.20 perusteella

xy =(a∨(bc))∧(bc)(b∨(ac))∧(ac)

= (a∨(bc))∧h(bc)∧(b∨(ac))∧(ac)i

= (a∨(bc))∧h(ac)∧(b∨(ac))∧(bc)i

= (a∨(bc))∧h(ac)∧(b∨(ac))∧(bc)i

=(a∨(bc))∧(ac)(b∨(ac))∧(bc)

= (a∨(bc))∧(b∨(ac))

= ((ab)∨(ac))∨(bc).

Vastaavalla tavalla voidaan osoittaa, että

xz = ((ab)∨(ac))∨(bc) ja yz = ((ab)∨(ac))∨(bc).

Näin ollenxy =xz =yz.

(3) Osoitetaan, että x 6= xy ja y 6= xy, mistä seuraa, että x k y.

(i) Osoitetaan, että x6=xy. Lauseen 5.14 ja relaation ≤ refleksiivisyyden perusteella perusteella

a∨(bc)≤(ab)∧(ac) ja bcbc.

Lauseiden 5.7, 5.4 ja 5.6 perusteella

(a∨(bc))∨(bc) =a∨((bc)∨(bc)) = a∨(bc), ja lauseen 5.4, määritelmän 5.7 ja lauseiden 5.7, 5.8 ja 5.10 perusteella

((ab)∧(ac))∨(bc) = (a∨(b∧(ac)))∨(bc)

=a∨((b∧(ac))∨(bc))

=a∨(((b∧(ac))∨b)∨c)

=a∨((b∨(b∧(ac)))∨c)

=a∨(bc).

Koska a∨(bc)6= (ab)∧(ac), niin lauseen 5.25 perusteella x= (a∨(bc))∧(bc)6= ((ab)∧(ac))∧(bc) =xy.

(ii) Osoitetaan, että y6=xy. Lauseen 5.14 ja relaation ≤ refleksiivisyyden perusteella perusteella

a∨(bc)≤(ab)∧(ac) ja cc.

Lauseiden 5.7, 5.8 ja 5.10 perusteella

(a∨(bc))∨c=a∨((bc)∨c) = a∨(c∨(cb)) =ac,

ja lauseen 5.4, määritelmän 5.7 ja lauseiden 5.8, 5.7 ja 5.10 perusteella ((ab)∧(ac))∨c= (a∨(b∧(ac)))∨c

=c∨(a∨(b∧(ac)))

= (ca)∨(b∧(ac))

= (ac)∨((ac)∧b)

=ac.

Koska a∨(bc)6= (ab)∧(ac), niin lauseen 5.25 perusteella (a∨(bc))∧c6= ((ab)∧(ac))∧c.

Lauseiden 5.7, 5.8 ja 5.10 perusteella

((ab)∧(ac))∧c= (ab)∧((ac)∧c)

= (ab)∧(c∧(ca))

= (ab)∧c, ja näin ollen

(a∨(bc))∧c6= (ab)∧c.

Lauseen 5.11 perusteella

(a∨(bc))∧c≤((ab)∧(ac))∧c= (ab)∧c,

ja relaation ≤ refleksiivisyyden perusteella (ac)∧b ≤ (ac)∧b. Lausei- den 5.7, 5.8 ja 5.10 perusteella

((a∨(bc))∧c)∧((ac)∧b) = (a∨(bc))∧(c∧((ac)∧b))

= (a∨(bc))∧((c∧(ac))∧b)

= (a∨(bc))∧((c∧(ca))∧b)

= (a∨(bc))∧(cb)

= (bc)∧((bc)∨a)

=bc ja

((ab)∧c)∧((ac)∧b) = (ab)∧(c∧((ac)∧b))

= (ab)∧((c∧(ac))∧b)

= (ab)∧(b∧(c∧(ca)))

= (ab)∧(bc)

= ((ab)∧b)∧c

= (b∧(ba))∧c

=bc.

Koska (a∨(bc))∧c6= (ab)∧c, niin lauseen 5.24 perusteella ((a∨(bc))∧c)∨((ac)∧b)6= ((ab)∧c)∨((ac)∧b).

Lauseiden 5.8 ja 5.4, määritelmän 5.7 ja lauseiden 5.7 ja 5.10 perusteella ((a∨(bc))∧c)∨((ac)∧b) = (c∧(a∨(bc)))∨(b∧(ca))

= ((c∧(a∨(bc)))∨b)∧(ca)

= (b∨(((bc)∨a)∧c))∧(ac)

= (b∨((bc)∨(ac)))∧(ac)

= ((b∨(bc))∨(ac))∧(ac)

= (b∨(ac))∧(ac), ja lauseiden 5.8, 5.20 ja 5.7 perusteella

((ab)∧c)∨((ac)∧b) = (c∧(ba))∨(b∧(ca))

= ((cb)∧(ca))∧(ba)

= (cb)∧((ca))∧(ba))

= ((ab)∧(ac))∧(bc), ja täten

y= (b∨(ac))∧(ac)6= ((ab)∧(ac))∧(bc) = xy.

Kohtien (i) ja (ii) perusteella x6=xy jay 6=xy. Näin ollen lauseiden 5.6 ja 5.7 perusteellaxy ja yx, ja täten määritelmän 3.4 perusteellaxky.

(4) Kohtaa (3) vastaavalla tavalla voidaan osoittaa, että xkz.

(5) Kohtaa (3) vastaavalla tavalla voidaan osoittaa, että ykz.

Kohtien (1)–(5) perusteella todetaan, että valitut x, y, zL täyttävät vaaditut ehdot.

Lause 5.32. Olkoon (P,≤) poset ja L ∈Lat(P). Tällöin L /∈ LatD(P), jos ja vain jos L /∈LatM(P) tai

x, y, zL: xky, xkz, ykz,

xy=xz =yz ja xy=xz=yz.

Todistus (vrt. [2, s. 134–136]). Seuraa lauseista 5.29 ja 5.31

Lause 5.33. Olkoon (P,≤) poset ja L ∈ LatD(P). Jos x, y, z, wL ovat sellaiset, että

xz, yw ja xy=zw, niin funktiot

f : [x, z]×[y, w]→[xy, zw] :f(r, s) =rs, g : [xy, zw]→[x, z]×[y, w] :g(t) =hzt, wti ovat sekä injektioita että surjektioita.

Todistus (vrt. [8, s. 321], [10, s. 623]). Olkoon (P,≤) poset ja L ∈ LatD(P), ja olkoot x, y, z, wL sellaiset, että

xz, yw ja xy =zw.

Lauseen 3.21 perusteella [x, z]6=∅ja [y, w]6=∅. Lauseen 5.11 perusteella xyzw, ja täten lauseen 3.21 perusteella [xy, zw]6=∅.

Olkoon hr, si ∈ [x, z]×[y, w]. Tällöin määritelmien 2.16 ja 3.19 perus- teella

xrz ja ysw.

Näin ollen lauseen 5.11 perusteella

xyrszw,

ja täten määritelmän 3.19 perusteella rs∈[xy, zw]. Näin ollen lau- seen 3.11 ja määritelmän 2.18 perusteella

f : [x, z]×[y, w]→[xy, zw] :f(r, s) = rs on funktio.

Olkoon t ∈ [xy, zw]. Tällöin määritelmän 3.19 perusteella xytzw. Näin ollen lauseiden 5.10, 5.11, 5.8 ja 5.4 perusteella

x=x∧(xy)≤ztz ja y=y∧(yx) = y∧(xy)≤wtw, ja täten määritelmien 3.19 ja 2.16 perusteellahzt, wti ∈[x, z]×[y, w].

Näin ollen lauseen 3.13 ja määritelmän 2.18 perusteella

g : [xy, zw]→[x, z]×[y, w] :g(t) = hzt, wti on funktio.

Olkoon hr, si ∈ [x, z]×[y, w]. Tällöin lauseen 5.4 ja määritelmän 3.19 perusteella

zw=xyxrz ja zw=xyysw, ja täten relaation ≤ transitiivisuuden perusteella

zwrz ja zwsw ja relaation ≤ refleksiivisyyden perusteella

zwzz ja zwww.

Näin ollen lauseen 5.17 perusteella

zw=rw=sz.

Lauseen 5.28 perusteellaL∈LatM(P), ja täten lauseen 5.8, määritelmän 5.8 ja lauseen 5.10 perusteella

g(f(r, s)) = g(rs) =hz∧(rs), w∧(rs)i

=h(rs)∧z,(sr)∧wi=hr∨(sz), s∨(rw)i

=hr∨(rw), s∨(sz)i=hr, si. Näin ollen

∀ hr, si ∈[x, z]×[y, w] :g(f(r, s)) =hr, si, ja täten lauseen 2.6 perusteella f on injektio jag on surjektio.

Olkoon t ∈ [xy, zw]. Tällöin määritelmän 3.19 perusteella xytzw. Lauseen 5.8, määritelmän 5.10 ja lauseiden 5.26 ja 5.6 perusteella

f(g(t)) =f(zt, wt) = (zt)∨(wt) = (tz)∨(tw) = t∧(zw) = t.

Näin ollen

t∈[xy, zw] :f(g(t)) = t,

ja täten lauseen 2.6 perusteella g on injektio ja f on surjektio.

No documento Insidenssifunktioiden teoriaa (páginas 74-82)

Documentos relacionados