【离散数学3】格和布尔代数



2021年08月28日    Author:Guofei

文章归类: 0x59_应用数学    文章编号: 5904

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原文链接:https://www.guofei.site/2021/08/28/discrete_mathematics_4.html


【定义】格:(前面写了,偏序关系是一个自反、反对称、传递的关系)。$(A,\preccurlyeq)$ 是一个偏序集,如果 A 中任意两个元素都有最小上界和最大下界,称为 $(A,\preccurlyeq)$ 是格。

  • 最小上界 记为 $a \lor b$
  • 最大下界 记为 $a \land b$
  • $(A,\lor, \land)$ 称为 格所诱导的代数系统

【定义】子格: 格 $(A,\preccurlyeq)$ 诱导的代数系统是 $(A,\lor, \land)$,如果 $B \subseteq A, B \not = \varnothing$,而且 $\land, \lor$ 对 B 粉笔,那么称为 $(B, \preccurlyeq)$ 是 $(A, \preccurlyeq)$ 的子格

  • 【定理】 子格是格

【定理1】

  • $a\preccurlyeq a\lor b$
  • $b\preccurlyeq a\lor b$
  • $a\land b \preccurlyeq b$
  • $a\land b \preccurlyeq a$

【定理2】:如果 $a\preccurlyeq b, c\preccurlyeq d$,那么

  • $a\lor c \preccurlyeq b\lor d$
  • $a\land c \preccurlyeq b\land d$

【定理3】保序性: 如果 $b\preccurlyeq c$,那么 $a\lor b \preccurlyeq a\lor c, a\land b \preccurlyeq a\land c$ (用定理2推导)

【定理3】运算律

  • 交换律。$a \lor b = b \lor a, a\land b = b\land a$
  • 结合律。$a\lor(b \lor c) = (a\lor b)\lor c, a\land (b\land c) = (a\land b) \land c$
  • 幂等律。$a\lor a = a, a\land a = a$
  • 吸收率。 $a\lor (a\land b) = a, a\land (a\lor b) = a$

证明:根据定义,交换律、幂等律显然成立。
结合律的证明:第一步,借用定理1得到结论 $a\preccurlyeq (a\lor b)\lor c, b\preccurlyeq (a\lor b)\lor c, c\preccurlyeq (a\lor b)\lor c$;第二步,对三个式子用定理2,得到 $a\lor(b\lor c) \preccurlyeq (a\lor b)\lor c$ (右边做了幂等律);第三步,用类似的方式,可证 $(a\lor b) \lor c \preccurlyeq a \lor(b\lor c)$,然后等式成立。
吸收率的证明思路类似

【定理4】分配律

  • $a\lor(b\land c) \preccurlyeq (a\lor b)\land (a\lor c)$
  • $(a\land b)\lor (a\land c) \preccurlyeq a \land (b\lor c)$

证明:
一方面,$a=a\land a \preccurlyeq (a\lor b)\land (a\lor c)$
另一方面 $b\land c\preccurlyeq b\preccurlyeq a\lor b, b\land c\preccurlyeq c \preccurlyeq a\lor c$,合起来得到 $b\land c \preccurlyeq (a\lor b)\land (a\lor c)$
上面两个合起来,得到 $a\lor (b\land c) \preccurlyeq (a\lor b)\land (a\lor c)$

分配格

上面指出了一个定理:

  • $a\lor(b\land c) \preccurlyeq (a\lor b)\land (a\lor c)$
  • $(a\land b)\lor (a\land c) \preccurlyeq a \land (b\lor c)$

我们研究这样一类特殊的格,使得上式以等号的形式成立

【定义】分配格: $(A,\lor,\land)$ 是格 $(A,\preccurlyeq)$ 引导的代数系统,如果同时满足以下条件,称为 $(A,\preccurlyeq)$ 是分配格

  1. $a\lor(b\land c) = (a\lor b)\land (a\lor c)$
  2. $(a\land b)\lor (a\land c) = a \land (b\lor c)$

参考文献

《离散数学》上海科学技术出版社,左孝凌


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