Bài giảng Đại số tuyến tính - Chương I: Logic. Tập hợp. Ánh xạ. Số phức - Nguyễn Hải Sơn
BÀI I: ĐẠI CƯƠNG VỀ LÔGIC
George Boole (1815-1864) và De Morgan
(1806-1871) sáng lập ngành logic Toán độc
lập với triết học. Nhờ những Đại số Boole mà
Boole đã định nghĩa các phép toán trên tập
các mệnh đề và lập ra đại số các mệnh đề.4
BÀI I: ĐẠI CƯƠNG VỀ LÔGIC
1.1 Mệnh đề và trị chân lý.
- Mệnh đề (MĐ) là một khẳng định có giá trị chân lý xác
định (đúng hoặc sai nhưng không thể vừa đúng vừa sai
hoặc không đúng không sai)
- MĐ đúng ta nói nó có trị chân lý là 1
MĐ sai ta nói nó có trị chân lý là 0
VD1: Các khẳng định sau là mđ:
- Hai Bà Trưng là một quận của Hà Nội.
- “3<1”
VD2: Các câu sau không phải mđ:
- Bạn đi đâu đấy? (câu hỏi)
- Xin đừng giẫm lên cỏ! (câu cầu khiến)
- “x>3
Trang 1
Trang 2
Trang 3
Trang 4
Trang 5
Trang 6
Trang 7
Trang 8
Trang 9
Trang 10
Tải về để xem bản đầy đủ
Tóm tắt nội dung tài liệu: Bài giảng Đại số tuyến tính - Chương I: Logic. Tập hợp. Ánh xạ. Số phức - Nguyễn Hải Sơn
) ( ) \ ( AB ) bABCABC ) ( \ ) \ \ ( ) Lời giải: b) ( A \ B ) \ C A \ ( B C ) Cách 1: Phương pháp phần tử. 35 BÀI II: SƠ LƯỢC VỀ LÍ THUYẾT TẬP HỢP b) ( A \ B ) \ C A \ ( B C ) Cách 2: Phương pháp biến đổi tương đương. 36 BÀI II: SƠ LƯỢC VỀ LÍ THUYẾT TẬP HỢP 2.4 Tích Descartes (Đề các) 2.4.1 Hai bộ số bằng nhau m n (a1 ; a 2 ;...; am ) ( b 1 ; b 2 ;...; b n ) ai b i ; i 1, n 2.4.2. Đ/n: Tích Descartes của các tập hợp AAA 1 , 2 ,..., n là một tập hợp n CAAAA 1 2 ... n i i 1 xác định như sau: (i ) C khi i : Ai (ii ) C=A1 khi n 1 (iiiC ) {( aa ; ;...; a ) | a Ai ; 1, n } 1 2 n i i 37 BÀI II: SƠ LƯỢC VỀ LÍ THUYẾT TẬP HỢP 2.4 Tích Descartes (Đề các) n *Chú ý: Khi AAAA 1 2 ... n thì viết CA VD: A={a;b}, B={1;2;3}. Xác định a) ABBAA ; ; 2 b) Phần tử (a;2;b) thuộc tập hợp nào? c) Số phần tử của AxBxAxB. Lời giải: 38 MỘT SỐ ĐỀ THI Bài 1. Với A, B, C là các tập hợp bất kì, CMR (i) (\)\\() ABCABC (ii) ABCABAC \(\)(\)() Bài 2. Cho các tập hợp A, B, C thỏa mãn ()()ABAC và ()()ABAC CMR: BC (Đề 3-K51) 39 BÀI III: ÁNH XẠ 3.1 Định nghĩa. a. Đ/n: Cho X,Y≠ . Ánh xạ f từ X đến Y là một quy tắc cho tương ứng mỗi phần tử x của X với một và chỉ một phần tử y của Y. f: X Y x y f ( x ) y=f(x): ảnh của x qua ánh xạ f X: tập nguồn Y: tập đích VD1: Ánh xạ đồng nhất của tập X: IXXX : x x VD2: X: tập người, Y: tập tên người. Ánh xạ f từ X đến Y cho mỗi người với 1 tên tương ứng 40 BÀI III: ÁNH XẠ 3.1 Định nghĩa. b. Tập ảnh và tập nghịch ảnh. Cho ánh xạ: f: X Y và AXBY, x y f ( x ) - Ảnh của tập A: f( A ) { f ( x ) | x A } Đặc biệt, f(X)=Imf gọi là ảnh của X qua f . - Tập nghịch ảnh của B: f 1( B ) { x X | f ( x ) B } 2x 3 VD1. Cho ánh xạ , f : \{ 1} , f ( x ) Xác định x 1 a) f ({0;2}), f 1 (0), f 1 ({0;7}) 1 b) f (( 1;0]), f ([4;7)) (Đề1- 08/2010) 41 BÀI III: ÁNH XẠ NX: (i ) y f ( A ) x A , y f ( x ) (ii ) x f 1 ( B ) f ( x ) B VD2. CM các tính chất của ảnh và nghịch ảnh của ánh xạ (i) f(A B) f(A) f(B);A,B X (ii) f 1 (A B) f 1 (A) f 1 (B);A,B Y 42 BÀI III: ÁNH XẠ 3.2 Đơn ánh, toàn ánh, song ánh. Đ/n: Cho ánh xạ f: X→Y (if ) : ®¬n ¸nh xxXfxfx1 , 2 ,( ( 1 ) ( 2 )) ( xx 1 2 ) x1 , x 2 X ,( x 1 x 2 ) ( f ( x 1 ) f ( x 2 )) y Y , pt f ( x ) y có kh«ng qu¸ 1 nghiÖm (ii ) f : toµn ¸nh f ( X ) Y y Y , x X , y f ( x ) y Y , pt f ( x ) y lu«n có nghiÖm. f : ®¬n ¸nh (iii ) f : song ¸nh f : toµn ¸nh 43 BÀI III: ÁNH XẠ 3.2 Đơn ánh, toàn ánh, song ánh. VD1. Phủ định các mệnh đề trên và chỉ ra: để chứng minh f không là đơn ánh (toàn ánh, song ánh), ta phải làm gì. VD2. Xét xem trong các ánh xạ sau có là đơn ánh, toàn ánh hay song ánh không a) f : c) f : x f ( x ) x2 x f ( x ) x2 b) f : d) f : x f ( x ) x2 x f ( x ) x2 44 BÀI III: ÁNH XẠ 3.2 Tích của hai ánh xạ. Đ/n: Cho hai ánh xạ f: X→Y và g: Y→Z. Ánh xạ h : X →Z xác định bởi h(x)=g(f(x)) với mọi x∈X gọi là ánh xạ tích (ánh xạ hợp thành) của f và g , kí hiệu: g f . f g X Y Z g ◦f VD. Cho các ánh xạ f : \ {1} g : x x g ( x ) x2 x f ( x ) x 1 45 Xác định các ánh xạ g ◦f và f ◦ g (nếu có) BÀI III: ÁNH XẠ 3.3 Ánh xạ ngược. Đ/n. Cho song ánh f: X→Y. Khi đó, với mỗi y của Y đều tồn tại duy nhất một x của X để f(x)=y hay f 1 () y x . Như vậy, ta có ánh xạ: f 1 : Y X y x f 1 ( y ) Ánh xạ này cũng là một song ánh và gọi là ánh xạ ngược của f . VD1 Xác định ánh xạ ngược của các ánh xạ sau: a) f : b) g : \ {0} \ {0} 3 1 x f ( x ) x 1 x g ( x ) x3 46 MỘT SỐ ĐỀ THI x 2 Bài 1.Cho ánh xạ ,f : \{ 1} , f ( x ) x 1 Xác định f((3;5]), f 1 ([2;7)) (Đê 2- hè 2010) Bài 2. Cho ánh xạ f: , f ( z ) z6 3 z 3 Tìm f 1( 4) (Đề 3-K51) Bài 3. Cho ánh xạ f: , f ( z ) 3 z4 5 iz 2 1) f có là đơn ánh ? toàn ánh không? Vì sao 2) Cho B={-2}. Tìm f 1() B (Đề 3-K53) 47 MỘT SỐ ĐỀ THI Bài 4.Cho ánh xạ f: 2 2 , f ( x , y ) ( x 2 y ,2 x y ) a) CM f là một song ánh. b) Cho tập A {(x;y) 2 |x 2 +y 2 =45} . Tìm nghịch ảnh f 1() A (Đề 3- K55) Bài 5. Như câu 4 với f( x , y ) (3 x y ; x 3 y ) A {(x;y) 2 |x 2 +y 2 =40} (Đề 4- K55) Bài 6. Cho các ánh xạ f :,: X Y g Y Z có ánh xạ hợp thành . Giả sử là toàn ánh và là đơn ánh. g0 f: X Z f g0 f CMR g là đơn ánh. (Đề 4- K51) 48 BÀI IV: SỐ PHỨC 4.1 Phép toán hai ngôi. 4.1.1 Khái niệm. Phép toán hai ngôi (phép toán) * trên tập E là một quy luật khi tác động lên hai phần tử a và b của E sẽ tạo ra một và chỉ một phần tử cũng của E. *: EEE (a,b) a * b VD1: Phép cộng (+) và phép nhân (.) thông thường trên các tập số: N, Z, Q, R, C. VD2: Phép giao và phép hợp trên tập các tập hợp. ?1: Phép chia là phép toán trên tập R hay không? ?2: Hãy cho biết các phép toán trên tập các mệnh đề? 49 BÀI IV: SỐ PhỨC 4.1.2 Tính chất của phép toán. Cho phép toán * trên tập E. a. Tính kết hợp: (a*b)*c=a*(b*c) với mọi a,b,c ∈E b. Tính giao hoán: a*b=b*a với mọi a,b∈E c. Phần tử trung hòa e: e E, a E : a * e e * a a d. Phần tử đối ( hay đối xứng): G/s có phần tử trung hòa e. Xét phần tử a∈E, phần tử b gọi là phần tử đối của a nếu a*b=b*a=e * Chú ý: - phép toán được đặt tên là phép cộng (phép nhân) thì phần tử đối xứng gọi là phần tử đối (nghịch đảo) và kí hiệu là –a ( a-1 ) 50 BÀI IV: SỐ PHỨC VD1. Trên tập N, Z, Q xét xem phép cộng, phép nhân có những tính chất gì? (+) Kết hợp Giao hoán Pt trung Pt đối hòa xứng N Z Q (.) Kết hợp Giao hoán Pt trung Pt đối hòa xứng N - Z - Q - 51 BÀI IV: SỐ PHỨC VD2. Trên tập các mệnh đề, các phép hội, tuyển, kéo theo có những tính chất gì? Kết hợp Giao hoán Pt trung Pt đối hòa xứng ∧ ∨ → VD3. Trên tập các tập hợp, các phép giao, phép hợp có những tính chất gì? 52 BÀI IV: SỐ PHỨC 4.1.3 Cấu trúc đại số Một tập hợp được trang bị một hay nhiều phép toán với các tính chất xác định gọi là một cấu trúc đại số. VD: nửa nhóm, nhóm, vành, trường, đại số, 53 BÀI IV: SỐ PHỨC 4.2 Nhóm-vành – trường. 4.2.1 Nhóm (Group) a. Đ/n. Cho tập G khác rỗng với phép toán * . Khi đó (G,*) là một nhóm nếu thảo mãn 3 tiên đề: ()i xyzGxyzxyz , , : (*)* *(*) (ii ) eG : xGxeexx , * * ()iii xGx , ' Gxx , *' xxe '* e: phần tử trung hòa, x’: phần tử đối của x Nhóm (G,*) gọi là nhóm giao hoán (hay nhóm Abel) nếu t/m: (iv ) x , y G : x * y y * x 54 55 Vào 5 tháng 6, 2002, bốn tem Norwegian được phát hành để kỉ niệm Abel 2 tháng trước 200 năm ngày sinh của ông. Có một bức tượng của Abel ở Oslo. Hố Abel trên Mặt trăngđược đặt theo tên ông. Vào năm 2002, giải Abel đã được thiết lập để vinh danh ông. Giải Abel, giải Wolf hay giải Fields đều được xem là “Nobel toán học”. Xét về danh tiếng thì giải Abel và Wolf không thua kém gì Fields, mỗi giải đều có một ưu thế nổi trội riêng và tất cả đều là vinh dự lớn của các nhà toán học trên thế giới. 56 Évariste Galois là một thiên tài toán học người Pháp đoản mệnh, nhưng các công trình toán học ông để lại là một đề tài rất quan trọng cho việc tìm nghiệm của các phương trình đa thức bậc cao hơn 4 thông qua việc xây dựng lý thuyết nhóm trừu tượng mà ngày nay được gọi là lý thuyết nhóm Galois. 57 BÀI IV: SỐ PHỨC 4.2.1 Nhóm b. Một số tính chất của nhóm. (i) Phần tử trung hòa e là duy nhất. (ii) Phần tử đối x’ là duy nhất (iii) Luật giản ước: a* b a * c b c (iv) Pt a * x b có nghiệm duy nhất x a'* b VD1. (Z,+), (Q,+), (R,+), (Q*, .), (R*, .) là các nhóm Abel. (N,+), (Z*,.) không là một nhóm. VD2. Tập các song ánh trên một tập X với phép hợp thành là một nhóm. Nếu X có nhiều hơn hai phần tử thì nhóm đó không giao hoán. 58 BÀI IV: SỐ PHỨC 4.2 Nhóm-vành – trường. 4.2.2 Vành (Ring) a. Đ/n. Cho tập G khác rỗng với hai phép toán kí hiệu là “+” và “.” . Khi đó (G,+,.) là một vành nếu thảo mãn: (i) (G,+) là một nhóm giao hoán (ii)Tính kết hợp của phép “.” (x . y ). z x .( y . z ) (iii) Tính phân phối của phép “.” và phép “+” x .( y z ) x . y x . z (y z ). x y . x z . x 59 BÀI IV: SỐ PHỨC 4.2.2 Vành Vành (G,+,.) gọi là giao hoán nếu x, y G : x . y y . x gọi là có đơn vị là 1 nếu phép nhân có phần tử trung hòa là 1. b. Ví dụ. VD1. (Z,+,.), (Q,+,.), (R,+,.) là các vành giao hoán có đơn vị là 1. Z a b a b Z VD2. 2 { 2 | , } lµ mét vµnh 60 BÀI IV: SỐ PHỨC 4.2 Nhóm-vành – trường. 4.2.3 Trường (Field) a. Đ/n. Cho tập G khác rỗng với hai phép toán kí hiệu là “+” và “.” . Khi đó (G,+,.) là một trường nếu thảo mãn: (i ) ( G , ,.) lµ mét vµnh giao ho¸n, ®v 1 (ii ) x G \ {0}, x ' : x . x ' 1 b. NX. Nếu (G,+,.) là một trường thì (G\{0},.) là một nhóm c. VD: VD1: (Z,+,.) không là một trường. (Q,+,.), (R,+,.) là một trường. VD2. Z a b a b Z 2 { 2 | , } ko lµ mét trêng Q 2 { a b 2 | a , b Q } lµ mét trêng 61 BÀI IV: SỐ PHỨC 4.3 Số phức 4.3.1 Xây dựng trường số phức Với R là trường số thực, xét tập C=RxR={(a,b)|a,b∈R} + Quan hệ bằng nhau trên C: a c (,)(,)a b c d b d + Trên C trang bị hai phép toán: - Phép cộng “+” : (,)(,)(,)a b c d a c b d - Phép nhân “.” : (ab , ).( cd , ) ( ac bdad ; bc ) (C,+,.) là một trường với phần tử không là (0;0), pt đơn vị là (1;0) và phần tử nghịch đảo của (a;b) là a b 2 2; 2 2 62 a b a b BÀI IV: SỐ PHỨC 4.3 Số phức 4.3.1 Xây dựng trường số phức + Xét tập con F={(a,0)|a ∈R} của C và ánh xạ f : RF x ( x ,0) Khi đó, f là một song ánh thỏa mãn f(x+y)=f(x)+f(y) và f(xy)=f(x)f(y) → đồng nhất R với F ((x,0) ≡ x) hay R là một trường con của C. 63 BÀI IV: SỐ PHỨC 4.3 Số phức 4.3.1 Xây dựng trường số phức Đặt i=(0;1), ta có z (a,b) (a,0) (0,b) (a,0) (b,0)(0,1) a bi i2 (0,1)(0,1) ( 1,0) 1 Dạng z=a+bi gọi là dạng chính tắc của z a=Re(z) gọi là phần thực của z b=Im(z) gọi là phần ảo của z 2 số i gọi là đơn vị ảo i 1 Trong C ,pt x2 1 có nghiệm x= i 64 Heron xứ Alexandria là người đầu tiên đề cập đến số ảo vào khoảng thế kỷ 1 trước công nguyên trong khi tính toán khối hình lượng kim tự tháp, tuy nhiên, việc nghiên cứu số ảo chỉ thực sự bắt đầu bởi nhà toán học người Ý Rafael Bombelli (1526-1572) trong cuốn sách đại số L'Algebra viết năm 1569. Rafael Bombelli là người đưa ra ký hiệu đơn vị ảo i và mô tả các tính chất của nó. 65 BÀI IV: SỐ PHỨC 4.3 Số phức 4.3.2 Các phép toán ở dạng chính tắc. (i) (a bi) (c di) (a c) (b d)i (ii) (a bi)(c di) (ac bd) (ad bc)i a bi (a bi)(c di) (iii) c di c2 d 2 (iv) Cho số phức z=a+bi. - Số phức liên hợp của z: z a bi - Môđun của z: z a2 b 2 2 NX: z z.z 66 BÀI IV: SỐ PHỨC (v) Các tính chất. z1 z 2 z 2 z 1 ; z 1 z 2 z 2 z 1 (z12 z) z 31 z (z 23 z); ( zz)z 123123 z(zz) z1 (z 2 z 3 ) z 1 z 2 z 1 z 3 z1 z 2 z 1 z 2 ; z 1 z 2 z 1 .z 2 z1 z 2 z 1 . z 2 ; z 1 z 2 z 1 z 2 1 2i 1 3 VD1. Tính A 4 3i 2i 4 VD2. Cho |z1|=1. CMR với mọi z2 ≠ z1 ta có: z z 1 2 1 (K50-lần 2) 1 z1 z 2 67 BÀI IV: SỐ PHỨC 4.3.3 Dạng lượng giác của số phức a. Mặt phẳng phức. z a bi 1 1 (a;b) 1 1 M(a;b) Oxy Mỗi số phức sẽ được biểu diễn bởi 1 điểm nằm trên mặt phẳng Oxy và một điểm trên mp Oxy biểu diễn một số phức. Do đó, mp Oxy gọi là mp phức Ox: trục thực Oy: trục ảo 68 BÀI IV: SỐ PHỨC 4.3.3 Dạng lượng giác của số phức b. Dạng lượng giác của số phức Cho số phức z=a+bi được biểu diễn bởi điểm M(a;b). r OM z a2 b 2 : môđun của z Ox;OM : argument của z k/h: Arg(z) ( k2 ) a b Khi đó cos , sin a2 b 2 a 2 b 2 z r(cos isin ) 69 BÀI IV: SỐ PHỨC 4.3.3 Dạng lượng giác của số phức z a bi z r(cos isin ) a b rz a2 b,cos 2 ,sin a2 b 2 a 2 b 2 VD1: Viết dạng lượng giác của các số phức sau: a)A 3i b)B22i c) C 2 d) D 5 e) E 2i f) F 3i 70 BÀI IV: SỐ PHỨC 4.3.4 Các phép toán ở dạng lượng giác (i) Phép nhân và phép chia r(c1os 1 isin 1 )r(c 2 os 2 isin 2 ) =(rr)cos(1 2 1 2 ) isin( 1 2 ) -Khi r2≠0, ta có: r1 (cos 1 isin 1 ) r 1 cos( 1 2 ) isin( 1 2 ) r2 (cos 2 isin 2 ) r 2 5 5 VD1: Cho z1 6cos isin ,z 2 4cos isin 12 12 6 6 z1 Tính z1 .z 2 vµ z2 71 BÀI IV: SỐ PHỨC •Chú ý: Nếu z r(cos isin ) thì z r(cos( ) isin( )) 1 z 1 (cos( ) isin( )) r (ii) Phép lũy thừa n n r(cos isin ) r cos(n ) isin(n ) (n ) Công thức Moivre (r=1) (cos isin )n cos(n ) isin(n ) VD1: Tính A ( 3 i)2011 VD2: Biểu diễn sin(5x) và cos(5x) qua sinx và cosx? 72 BÀI IV: SỐ PHỨC (iii) Phép khai căn a. ĐN1: Căn bậc n của số phức z là các số phức z0 sao cho n z0 z Tập các căn bậc n của z kí hiệu là n z VD1. 4 { 2}, 1 { i }, 3 8{2,1i3} b. Công thức n r(cos isin ) n k2 k2 zk rcos isin ,k0,n1 n n n n *NX: Nếu z≠0 thì n z n 73 BÀI IV: SỐ PHỨC n r(cos isin ) n k2 k2 zk rcos isin ,k0,n1 n n n n VD1: Tính 3 8 cos isin 4 4 VD2: Tính 3 8 VD3: Tính 1 i 74 BÀI IV: SỐ PHỨC 4.3.5 Giải phương trình bậc hai trên trường số phức (Tự đọc) ax2 bx c 0, a,b,c Cách giải: - Tính b2 4ac - Tìm z0 một căn bậc 2 của Δ b z -Nghiệm z 0 1,2 2a VD1: Giải các phương trình phức a) z2 4iz 5 0 b) z2 (3 i)z 14 5i 0 c) z6 7z 3 8 0 75 BÀI IV: SỐ PHỨC 4.3.6 Đa thức Đ/n1. Đa thức với hệ số trên trường số F, có dạng 2 n P(x)n a 0 ax 1 ax 2 ... ax, n (a i F, i 0,n) Nếu an ≠0 thì ta nói đa thức có bậc n và k/h: degPn(x)=n VD1: deg( x3 2x 1) 3 ĐL1. (D’Alember) Mọi đa thực có bậc dương đều có ít nhất một nghiệm thực hoặc phức. ĐL2 Mọi đa thức bậc n dương có đúng n nghiệm thực hoặc phức (đơn hoặc bội). ĐL3 Mọi đa thức khác không bậc không lớn hơn n (n>0) không thể có quá n nghiệm thực hoặc phức. 76 BÀI IV: SỐ PHỨC 4.3.7 Phân tích đa thức với hệ số thực ra thừa số. Xét đa thức 2 n P(x) a0 ax 1 ax 2 ... ax, n (a i , i 0,n) ĐL1. Nếu z là một nghiệm của P(x) thì z cũng là nghiệm của P(x). ĐL2 Mọi đa thức bậc n dương, với hệ số thực đều có thể phân tích thành tích các đa thức bậc nhất và bậc hai với biệt thức âm. VD1. Phân tích đa thức (x2-x+3)2+3 thành tích của 2 đa thức bậc 2 với hệ số thực. (Đề thi K55) VD2.Cho đa thức f(z)=z4-6z3+17z2-24z+52 a) Tính f(2i) b) Giải phương trình f(z)=0 (Đề thi K53) 77 MỘT SỐ ĐỀ THI Câu 1. (Đề K49) Viết các nghiệm phức của phương trình sau dưới dạng chính tắc: (i) z6 (1 i ) 28 0 (ii) z 4 (1 i 3) 21 0 (iii) z5 9 z 0 (iv) z 5 16 z Câu 2. Tìm các nghiệm phức của phương trình (i) z6 i 3 z 3 1 i 3 0 (Đề1- 8/2010) (ii) z2 (4 i ) z 5 i 0 (iii) z8 7 z 4 8 0 (Đề 4-K51) 6 1 (iv) z 2 (Đề 4-K50) z 78 MỘT SỐ ĐỀ THI Câu 3. Phân tích đa thức (x2+x+3)2+3 thành tích của 2 đa thức bậc 2 với hệ số thực. (Đề thi K55) Câu 4.Cho đa thức f(z)=z4-6z3+17z2-24z+52 a) Tính f(2i) b) Giải phương trình f(z)=0 (Đề thi K53) Câu 5. Cho ánh xạ f: , f ( z ) 3 z4 5 iz 2 1) f có là đơn ánh ? toàn ánh không? Vì sao 2) Cho B={-2}. Tìm f 1() B (Đề 3-K53) 79
File đính kèm:
- bai_giang_dai_so_tuyen_tinh_chuong_i_logic_tap_hop_anh_xa_so.pdf