background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

2. Wstęp do matematyki   

2.2. Produkt kartezjański  

 

  

Dla  dowolnych  elementów 

     

 

  i 

     

 

  parę 

uporządkowaną  (

    )  definiujemy  jako  zbiór 

{   {    }}. Oznacza to ustawienie tych elementów 

w kolejności takiej, że element 

  jest pierwszy, a 

element 

  jest drugi.  

 

Z powyższej definicji wynika, że: 

        (    )   (    ).             (2.47) 

 

 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

Iloczynem  kartezjańskim  dowolnych  zbiorów 

     

 

 i 

     

 

 nazywamy zbiór 

        {(    )               }.       (2.51) 

 

Przykład 2.6. Na rysunku 2.6 przedstawiono 

iloczyn 

     , gdzie     〈   ) i     〈   ). 

 

Rysunek 2.6.   

 

 

 

 

 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

2.3. Funkcje 

Funkcją 

          przekształcającą  zbiór 

     

 

  w  zbiór 

     

 

  nazywamy  dowolne 

przypisanie  każdemu  elementowi 

      

dokładnie jednego elementu 

     .  

         Oznacza  to,  że  obrazem  formalnym 

dowolnej  funkcji 

          jest  wykres 

funkcji 

           spełniający warunki: 

                  (    )    ,    (2.52) 

           ((    

 

)       (    

 

)    )   

   

 

   

 

.                 (2.53) 

Jeśli (

    )             , to wtedy zapisujemy: 

     ( )                         (2.54) 

i  w  ten  sposób    argumentowi  funkcji 

      

jest przypisana wartość funkcji 

     . 

 

 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

Dla  dowolnej  funkcji 

          zbiór   ( )     

nazywamy 

dziedziną 

funkcji 

(zbiorem 

argumentów funkcji).  

Przykład  2.7.  Na  rysunku  2.7  przedstawiono  wykres 

funkcji 

         określonej na zbiorze     {          }. 

Za  pomocą  strzałek  poszczególnym  elementom  zbioru 

  przypisano tam elementy ze zbioru     {       }.  

 

Wykres  tej  funkcji  jest  dany  jako  zbiór 

   

{(    )  (    )  (    )  (    )}.  Wykres  ten  możemy  też 

opisać za pomocą zależności: 

 ( )    ( )          

 ( )    ( )    . 

 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

 

Zbiór  wartości  funkcji  (przeciwdziedziną 

funkcji) określany, jako: 

 

̅( )   {                    ( )}        (2.55) 

 Jeśli jest spełniony warunek: 

 

̅( )    ,                           (2.56) 

to  funkcja 

   przekształca         

 

  na 

     

 

,  co 

zapisujemy 

    

  

→   .   

 

Jeśli jest spełniony warunek: 

 ( 

 

   

 

)           

 

   

 

   ( 

 

)    ( 

 

),  

to 

         

 

nazywamy 

funkcją 

różnowartościową. 

 

Każdą  różnowartościową  funkcję 

    

  

→    

nazywamy izomorfizmem i oznaczamy za pomocą 

symbolu 

    

   

→    .  

 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

 

Przykład  2.8.  Funkcja 

          określona  w 

przykładzie  2.7  nie  jest  funkcją  przekształcającą  na 

zbiór 

 , gdyż zbiór jej wartości  

̅( )   {    }    . Nie 

jest  to  też  funkcja  różnowartościowa,  gdyż  nie  spełnia 

ona warunku (2.57).   

 

Rys. 2.8  

Na  rysunku  2.8  przedstawiono  funkcję 

         

przekształcającą  zbiór 

    {       }  na  zbiór     

{       }. Jest to funkcja różnowartościowa. Wszystko to 

oznacza, że funkcja 

    

   

→     jest izomorfizmem. 

 

 

 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

Złożeniem  funkcji 

          i           

nazywamy  funkcję 

              określoną  za 

pomocą tożsamości: 

         ( )                ( )        ( ).   

Funkcję 

         

nazywamy 

funkcją 

wewnętrzną,  zaś  funkcję 

          nazywamy 

funkcją zewnętrzną.  

 

Opisana  powyżej  funkcja  złożona  nie  zawsze 

istnieje.  Warunkiem  koniecznym  i  dostatecznym 

na  to,  aby  istniała  funkcja  złożona 

             

jest zawieranie się przeciwdziedziny 

 

̅( ) funkcji 

wewnętrznej 

dziedzinie 

 ( )  funkcji 

zewnętrznej.  

 

 

 

 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

Przykład  2.9.  Wyznaczmy  złożenie

              

funkcji opisanych w poprzednich przykładach.  

 

          jest  funkcją  wewnętrzną,  zaś  funkcja 

          jest  funkcją  zewnętrzną.  Wyznaczamy 

kolejne wartości funkcji złożonej: 

     ( )        ( )            ( ),  

 

     ( )        ( )            ( ), 

     ( )        ( )            ( ),   

  

     ( )        ( )            ( ). 

Uzyskana funkcja złożona jest przedstawiona poniżej 

 

Rysunek 2.9 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

Na  marginesie  tych  rozważań  zauważmy,  że 

 

̅( )  

 ( )    .  W  tej  sytuacji  nie  istnieje  złożenie  funkcji 
            .  Oznacza  to  między  innymi,  że  w 

ogólnym  przypadku  składanie  funkcji  nie  jest 

przemienne. 

  

 

 

 

 

 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

2.4. Ciągi 

Ciągiem nazywamy każdą funkcję 

    

 

       

     przekształcającą  zbiór  indeksów         

 

 

  w dowolny  zbiór  wartości 

 .  W  ten  sposób 

każdemu indeksowi 

      jest przyporządkowany 

wyraz ciągu: 

 

 

   ( ).                                (2.59) 

Ciąg taki oznaczamy za pomocą symbolu {

 

 

}

   

 ( 

     ), to wtedy           nazywamy ciągiem 

nieskończonym  i  oznaczamy  symbolem  {

 

 

}

   

 

lub symbolem {

 

 

}

   

 

, lub symbolem {

 

 

} .   

 

 (

    {            }), to wtedy ciąg          

nazywamy  ciągiem  m-elementowym  lub  ciągiem 

skończenie elementowym i oznaczamy symbolem  

 

}

   

 

.  

 

Określenie  ciągu  za  pomocą  zależności  (2.59) 

nazywamy analityczną definicją ciągu.  

 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

 

Jeśli  jest  dany  ciąg  {

 

 

}

   

 

  początkowych 

wartości, to wtedy dowolny ciąg {

 

 

}

   

 może być 

też określony za pomocą zależności: 

          

 

   ( 

   

   

   

       

   

) .  (2.60) 

Taki  sposób 

określenia  ciągu  nazywamy 

rekurencyjną definicją ciągu

Przykład 2.10. Symbolem (

       ) oznaczamy resztę 

z  dzielenia  przez  3  zadanej  liczby  naturalnej 

     . 

Ciąg  przekształcający  zbiór  liczb  naturalnych 

   na 

zbiór 

    {       } jest określony za pomocą funkcji: 

 

 

   ( )   {

 

              (       )     

 

              (       )    

               (       )    

 

Jest  to  analityczna  definicja  tego  ciągu.  Początkowe 

wyrazy tego ciągu przedstawiają się następująco: 

 

                                              (*) 

 

Zanim  wprowadzimy  definicję  rekurencyjną  tego 

ciągu, określamy funkcję 

            . Funkcja ta jest 

dana za pomocą zależności: 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

 (    )   {

                               

                                

gdzie 

              .  Definicja rekurencyjna ciągu (*) 

przyjmuje wtedy postać: 

 

 

   ,     

 

   ,             

 

   ( 

   

   

   

).

     

 

 

 

 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

Szczególnym przypadkiem ciągów rozważanym w 

matematyce  są  ciągi  liczbowe  określone  jako 

funkcje  postaci

                 .  Przykładem 

ciągu  liczbowego  jest  ciąg  {

  }

   

 

  określony 

rekurencyjnie: 

      ,                           (2.61) 

              (     )      .          (2.62) 

 

   jest nazywana silnią liczby      

 

.  

symbol Newtona:    

(

 

 

)  

  

   (   ) 

 .                                           

Implementacja WOLFRAM  

wartość 

   Wyznaczamy, wydając polecenie: 

Fact[n]. 

Wartość  

(

 

 

) wyznaczamy, wydając polecenie:  

Bin[n,k].  █ 

 

 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

2.5. Tablice 

Tablicą  prostokątną  

   wierszach  i     kolumnach 

nazywamy  każdą  funkcję 

          przekształcającą 

zbiór 

par 

indeksów 

    {            }   {            }  w dowolny  zbiór 

wartości 

 .  W  ten  sposób  każdej  parze  indeksów 

(    )     jest przyporządkowany element tablicy  

   

Tablicę  taką  oznaczamy  za  pomocą  symboli 

   

 

   

  [ 

   

].  

Każdą  tablicę  możemy  zapisać  w  postaci  ujętego  w 

nawiasy kwadratowe prostokąta elementów: 

[

 

   

   

   

       

   

 

   

   

   

       

   

               

 

   

   

   

       

   

]                      (2.64) 

   

   

   

       

   

i-ty 

wiersz 

tablicy

   

   

   

       

   

)    j-ta  kolumną  tablicy.  element 

macierzy

   

   

  jest  oznaczony  przez  dwa  indeksy: 

pierwszy  jest  numerem  wiersza,  a  drugi  numerem 

kolumny. 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

Przykład  2.11.  Przykładem  tablicy  o  elementach 

pochodzących  ze  zbioru 

    {       }  jest  prostokąt 

figur geometrycznych: 

    [   

 

     

] .

 

Tablicę 

kwadratową 

 

   

  [ 

   

], 

której 

elementy spełniają warunek:  

 

   

   

   

                                   (2.62) 

nazywamy tablicą symetryczną

Przykład  2.12.  Przykładem  tablicy  symetrycznej  o 

elementach  pochodzących  ze  zbioru 

    {       }  jest 

kwadrat figur geometrycznych: 

    [

 

 

 

     

 

 

 

] .

 

 

 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

3. Grafy i digrafy 

3.1. Grafy  

Grafem 

  nazywamy parę:  

    (     ( )),                      (3.1) 

gdzie 

    { 

 

   

 

       

 

jest 

zbiorem 

wierzchołków,  a 

 ( )   { 

 

    

 

        

 

}  – 

zbiorem krawędzi 

 

 

  {  

 

   

 

}    . 

 

 

 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

Przykład 3.1. Przedstawić na rysunku graf  

    (     ( ))  

({ 

 

   

 

   

 

   

 

}  { 

 

    

 

    

 

    

 

    

 

}) , 

gdzie 

 

 

  {  

 

   

 

},   

 

  {  

 

   

 

},   

 

  {  

 

   

 

}, 

 

 

  {  

 

   

 

},   

 

  {  

 

   

 

}. Kolejność wierzchołków 

nie  ma  znaczenia.  Dzięki  temu  możemy  na  przykład 

zapisać  

 

 

  { 

 

   

 

}   { 

 

   

 

}. 

 

Rysunek 3.1

 

 

 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

3.2. Digrafy  

Digrafem 

  nazywamy parę:   

    (     ( )),                    (3.5) 

gdzie 

    { 

 

   

 

       

 

jest 

zbiorem 

wierzchołków,  a 

 ( )   { 

 

    

 

        

 

}  – 

zbiorem łuków 

 

 

  ( 

 

   

 

)        . 

 

 

 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

Przykład  3.10.  Na  rysunku  3.3  przedstawiono 

przykładowy digraf. 

 

Rysunek 3.3 

 

Zbiór wierzchołków tego digrafu to 

    { 

 

   

 

   

 

   

 

}, 

zaś  zbiór  łuków 

 ( )   { 

 

   

 

   

 

   

 

   

 

},  gdzie 

 

 

  ( 

 

   

 

)   

 

  ( 

 

   

 

)   

 

  ( 

 

   

 

)   

 

 

  ( 

 

   

 

)   

 

  ( 

 

   

 

)   

W  przypadku  digrafu  istotna  jest  kolejność 

wierzchołków.  Dzięki  temu  możemy  na  przykład 

zapisać 

 

 

  ( 

 

   

 

)   ( 

 

   

 

)  

 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

Tablicą  przyległości  digrafu 

    (    ( )) 

opisanego  przez  (3.5)  nazywamy  kwadratową 

tablicę 

 

 

( )   [ 

   

 

]

   

 elementów: 

 

 

   

 

  {

       ( 

 

 

 

)    ( )

       ( 

 

 

 

)    ( ) 

       (3.8) 

Przykład 3.15. Tablica przyległości 

 

 

( ) grafu z 

rysunku 3.3 ma postać: 

 

 

( )   [

       
       
       
       

]. 

 

 

  

 

 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

Grafem  (digrafem)  obciążonym  nazywamy 

każdą  trójkę  (

              )  taką,  że  para 

    (    ) jest grafem (digrafem). Wartość  ( 

 

nazywamy wagą krawędzi (łuku) 

 

 

   . 

Przykład  3.33.  Na  rysunku  3.11  przedstawiono 

przykład  graf  obciążonego.  Na  rysunku  3.13 

przedstawiono przykład digrafu obciążonego. 

 

 

Rysunek 3.11 

 

 

background image

Opracowano na podstawie K. Piasecki, M. Anholcer, K. Echaust:  e-Matematyka wspomagająca ekonomię, C.H. Beck 2013

 

 

 

Siecią nazywamy digraf spełniający warunki: 

    węzeł  niebędący  końcem  żadnego  łuku  i 

nazywany źródłem sieci.  

    węzeł,  niebędący  początkiem  żadnego  łuku  i 

nazywany ujściem sieci.  

  skierowana ścieżka ze źródła do każdego innego 

węzła sieci  

  ścieżka do ujścia z każdego innego węzła sieci. 

Przykładową  sieć  przedstawia  rysunek  3.13.  Źródłem 

jest  węzeł  s = v

1

,  zaś  ujściem  t = v

6

.  W  nawiasach 

podano wagi łuków. 

 

Rysunek 3.13