Instituto Federal de Educação, Ciência e
Tecnologia de São Paulo - IFSP
Campus de Caraguatatuba
20 Semestre de 2013
Matemática Discreta 2 – MD 2
Prof. Lineu Mialaret
Aula 2: Conjuntos
Matemática Discreta 2
Aula 2 - 1
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Introdução (1)
Pode-se dizer que a Teoria dos Conjuntos é em grande
parte trabalho de um único matemático:
George Cantor (1845-1918).
Essa teoria é uma das pedras fundamentais da Matemática.
E muitos conceitos em Ciência da Computação podem ser
expressos de maneira conveniente usando-se conjuntos.
Operações podem ser realizadas em conjuntos para gerar
novos conjuntos.
Tecnologia de Banco de Dados é o exemplo clássico do
uso de conjuntos em computação.
Matemática Discreta 2
Aula 2 - 2
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Introdução (2)
A noção de conjunto não é suscetível de uma definição
precisa. Ela surge a partir de noções mais simples, ou
seja, é uma noção primitiva.
Conjunto não se define formalmente. Usa-se uma idéia
intuitiva de que se trata de uma coleção de objetos (não
ordenada e sem repetição).
Esses
objetos de um
propriedade em comum.
conjunto
possuem
alguma
Qualquer objeto que tenha essa propriedade pertence ao
conjunto.
Qualquer
objeto que não tenha essa propriedade não
pertence ao conjunto.
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Aula 2 - 3
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Introdução (3)
Sintetizando, objetos de um conjunto não possuem
nenhuma ordem de apresentação e cada um é listado
apenas uma vez. É redundante listá-lo de novo.
Exemplos de conjuntos:
O conjunto formado por todas as mulheres da sala.
O conjunto formado por todos(as) os(as) corinthianos(as)
da sala.
O conjunto formado por todas as pessoas com mais de 15
anos na sala.
O conjunto formado pelos alunos de computação do IF de
Caraguatatuba.
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Aula 2 - 4
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Notação (1)
Usa-se letras maiúsculas A, B, ...,
para denotar os
conjuntos e minúsculas c, d, ..., para os elementos.
Usa-se o símbolo para denotar pertinência em um
conjunto. Dessa forma:
c A significa que c pertence ao conjunto A ou é elemento
do conjunto A.
d A significa que o elemento d não pertence ao conjunto
A ou não é elemento do conjunto A.
Usa-se chaves para indicar um conjunto.
Se A = {azul, verde, branco}, então verde A e preto A.
Os elementos em um conjunto não tem nenhuma ordem,
de modo que
{azul, verde, branco} é o mesmo que {branco, azul, verde}.
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Aula 2 - 5
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Notação (2)
Diz-se que dois conjuntos são iguais se eles contém os
mesmos elementos. Em notação de lógica de predicados
tem-se:
A = B significa x((x A → x B) (x B → x A))
Ex.: Os conjuntos {1,3,5} e {5,3,1} são iguais.
Ao se descrever um conjunto, deve-se ter um modo de
identificar seus elementos.
Para um conjunto finito (com n elementos, n 0), isso é
feito listando-se
elementos.
(todos
ou
parcialmente)
os
seus
Ex.: V = {a, e, i, o, u}.
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Aula 2 - 6
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Notação (3)
Para um conjunto infinito (que não é finito), pode-se indicar
a forma geral listando os primeiros elementos.
Ex.: S é o conjunto de todos os inteiros positivos pares, então
S = {2, 4, 6,…}.
Pode-se usar de recorrência, explicitando um dos
elementos do conjunto S e descrevendo-se os outros
elementos em termos dos já conhecidos.
Ex.:
1) 2 S
2) Se n S, então (n + 2) S.
Finalmente, pode-se descrever esse conjunto por meio de
uma propriedade que caracteriza seus elementos.
Ex.: S = {x | x é um inteiro positivo par},
que se lê: “o conjunto de todos os x tais que x é um inteiro
positivo par”.
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Aula 2 - 7
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Notação (4)
A notação para um conjunto cujos elementos são
denotados por uma propriedade P é S = {x | P(x)}.
A notação baseada na lógica formal torna mais claro a
propriedade que caracteriza os elementos de um
conjunto.
S = {x | P(x)} significa
x((x S → P(x)) (P(x) → x S))
Traduzindo:
Todos os elementos de S têm a propriedade P e tudo
que tem a propriedade P pertence a S.
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Aula 2 - 8
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Notação (5)
Exercício 1 - Descreva cada um dos conjuntos a seguir,
listando seus elementos:
a) {x | x é um inteiro e 3 < x ≤ 7}.
b) {x | x é um mês com 30 dias}.
c) {x | x é a capital do Brasil}.
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Aula 2 - 9
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Notação (6)
Exercício 1 - Descreva cada um dos conjuntos a seguir,
listando seus elementos:
a) {x | x é um inteiro e 3 < x ≤ 7}.
b) {x | x é um mês com 30 dias}.
c) {x | x é a capital do Brasil}.
Respostas:
a) {4,5,6,7}.
b) {abril, junho, setembro, novembro}.
c) {Brasília}.
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Notação (7)
Exercício 2 - Descreva cada um dos conjuntos a seguir,
por meio da propriedade que caracteriza seus elementos:
a) {1,4,9,16}.
b) {o açougueiro, o padeiro, o produtor de maçãs}.
c) {2,3,5,7,11,13,17,...}.
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Notação (8)
Exercício 2 - Descreva cada um dos conjuntos a seguir,
por meio da propriedade que caracteriza seus elementos:
a) {1,4,9,16}.
b) {o açougueiro, o padeiro, o produtor de maçãs}.
c) {2,3,5,7,11,13,17,...}.
Respostas:
a) {x | x é um dos quatro primeiros quadrados perfeitos}.
b) {x | x é um dos três comerciantes do bairro}.
c) {x | x é um número primo}.
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Aula 2 - 12
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Notação (9)
É
conveniente usar-se uma notação padrão para
determinados conjuntos, de modo que a referência a eles
seja mais fácil.
N = o conjunto de todos os inteiros não negativos (0 N)
N = {0, 1, 2, 3, ...}
Z = conjunto de todos os inteiros
Z = {..., -3, -2, -1,0, 1, 2, 3, ...}
Q = conjunto dos números racionais
Definido por
{p/q | p Z, q Z, e q ≠ 0}
Q = { -7/6, 5/8 }
Z Q, pois se p Z, p = (p/1) Q
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Notação (10)
Todo número racional pode ser representado na forma
decimal, e pode-se ter dois casos:
Representação decimal é finita
7/4 = 1,75.
Representação decimal é infinita (periódica)
1/3=0,333...
I = conjunto dos números irracionais
Sejam os números
2 = 1,4142135...
3 = 1,7320...
Existem decimais infinitas não periódicas, às quais se dá o
nome de números irracionais, os quais não podem ser
escritos na forma a/b.
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Notação (11)
R = o conjunto dos números reais
R = Q I = {x | x é racional ou x é irracional}
Logo, são números reais,
os números naturais;
os números inteiros;
os números racionais;
os números irracionais.
Sintetizando:
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Aula 2 - 15
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Notação (12)
Chama-se de intervalo a determinados subconjuntos dos
números reais. Assim, dados dois números reais a e b,
com a < b, tem-se,
intervalo aberto: (a, b) = {x ∈ R | a < x < b}
intervalo fechado: [a, b] = {x ∈ R | a ≤ x ≤ b}
intervalo semi-aberto à direita: (a, b] = {x ∈ R | a < x ≤ b}
intervalo semi-aberto à esquerda: [a, b) = {x ∈ R | a ≤ x < b}
intervalos infinitos:
(a, + ∞) = {x ∈ R | x > a}
[a, + ∞) = {x ∈ R | x ≥ a}
(– ∞, a) = {x ∈ R | x < a}
(– ∞, a] = {x ∈ R | x ≤ a}
Obs.:
(– ∞, + ∞) = R.
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Aula 2 - 16
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Notação (13)
Um conjunto que não tem elementos (o assim chamado
conjunto vazio) é denotado por ou por { }.
Ex.: S = { x | x N e x < 0}, então S = .
Obs.:
≠ { }.
A cardinalidade (ou tamanho) de um conjunto A é o
número de elementos desse conjunto:
É denotada pelas barras de valor absoluto em torno do
símbolo do conjunto, |A|.
Ex.:
Se B = {1, 2, 3, 4, 5} então |B| = 5.
Se E = {1, 2} então |E| = 2.
Um conjunto finito possui cardinalidade finita (um inteiro)
enquanto um conjunto infinito possui cardinalidade infinita.
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Relacionamento entre Conjuntos (1)
Para os conjuntos A = {3,5,12} e B = {2,3,5,12}, observa-
se que todo elemento de A é também elemento de B.
Diz-se que A é um subconjunto de B (essa definição
engloba o caso adicional do conjunto A ser igual a B).
Se A é um subconjunto de B, simboliza-se
por A B, que se lê “A está contido em B” ou “B contém
A”, simbolizado por B A.
Caso contrário, indica-se que “A não está contido em B”,
simbolizado por A ⊈ B ou “B não contém A”, denotado por
B ⊉ A.
Se A B, mas A ≠ B (há pelo menos um elemento de B
que não pertence a A), então diz-se que A é um
subconjunto próprio de B, sendo simbolizado por A B
(a notação também representa subconjuntos próprios).
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Relacionamento entre Conjuntos (4)
Exercício 4 – Sejam os conjuntos
A = {1,7,9,15}
B = {7,9}
C = {7,9,15,20}
Verificar o valor lógico das seguintes proposições:
BC
( )
BA
( )
BA
( )
AC
( )
15 C
( )
{7} A
( )
{ }C
( )
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Relacionamento entre Conjuntos (5)
Exercício 4 – Sejam os conjuntos
A = {1,7,9,15}
B = {7,9}
C = {7,9,15,20}
Verificar o valor lógico das seguintes proposições:
BC
(V)
BA
(V)
BA
(V)
AC
(V)
15 C
(V)
{7} A
(V)
{ }C
(V)
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Conjunto de Conjunto (1)
Para um dado conjunto S qualquer, pode-se formar um
novo conjunto cujos elementos são subconjuntos de S.
Esse novo conjunto é chamado de conjunto de partes de S
(ou conjunto potência) e simbolizado por P(S).
Seja S = {0,1}. Então P(S) = {{ }, {0}, {1}, {1,0}}
Os elementos de P(S) são conjuntos.
Para qualquer conjunto S, o conjunto de partes P(S) no
mínimo tem como elementos { } e S.
Isso ocorre pois sempre é verdade que { } S e S S.
Heurística:
Para encontrar P(S), começa-se com { }, depois coloca-se os
conjuntos formados por um elemento de S, depois aos
formados por dois elementos de S, por três e assim por
diante, até o próprio conjuntoS.
Número de elementos de P(S) ?
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Conjunto de Conjunto (2)
Exercício 5 –
1) Qual é o conjunto das partes do conjunto {0,1,2}?
2) Qual é o conjunto das partes do conjunto vazio {}?
3) Qual é o conjunto das partes do conjunto { {} }?
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Conjunto de Conjunto (3)
Exercício 5 –
1) Qual é o conjunto das partes do conjunto {0,1,2}?
2) Qual é o conjunto das partes do conjunto vazio?
3) Qual é o conjunto das partes do conjunto { {} }?
Respostas:
P({0,1,2}) = { {}, {0}, {1}, {2}, {0,1}, {0,2}, {1,2}, {0,1,2} }.
P({ } = { {} }.
P({ {} }) = { {}, { {} } }.
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Aula 2 - 23
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Operações em Conjuntos (1)
Grande parte de operações que envolvem números
podem ser realizadas em conjuntos.
Dado um conjunto S, podemos definir operações no
conjunto P(S).
O conjunto S, nesse caso, é chamado de conjunto universo
ou universo do discurso, o qual define o contexto dos
objetos em discussão.
Ex.:
Se S = Z, então os subconjuntos conterão apenas
inteiros.
Operações:
Unárias, quando ocorrem em apenas um elemento
(operando) do conjunto, por ex., a negação.
Binárias, quando envolvem dois elementos (operandos) do
conjunto, por ex., a subtração.
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Operações em Conjuntos (2)
Exemplo 1:
Seja S o conjunto de alunos de cursos superiores do IF de
Caraguatatuba. Sejam A o conjunto dos alunos que
estudam computação e B o conjunto dos alunos que
estudam administração. Ambos, A e B, pertencem a P(S).
Um novo conjunto de alunos pode ser definido, consistindo
dos alunos que estudam computação ou administração. Esse
novo conjunto é a união de A e B.
Outro novo conjunto pode ser formado consistindo de alunos
que estudam computação e administração ao mesmo tempo.
Esse conjunto é a interseção de A e B.
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Operações em Conjuntos (3)
Definição: Sejam A, B conjuntos pertencentes a P(S).
A união de A e B, denotada por A B, é definida por:
{x | x A ou x B}.
A interseção de A e B, denotada por A B é definida por:
{x | x A e x B}.
Ex.:
Seja A = {1,3,5,7,9} e B = {3,5,6,10,11} (Os conjuntos A e B
são elementos de P(S)).
Então
A B = {1,3,5,6,7,9,10,11}
A B = {3,5}
Obs.:
Os conjuntos obtidos são elementos de P(S).
Os elementos repetidos são listados uma só vez.
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Operações em Conjuntos (4)
Para facilitar a representação, pode-se usar Diagramas
de Venn (homenagem ao matemático John Venn) para
se visualizar as operações binárias de união e
interseção.
Diagrama de Venn para A B:
S
A
B
AB
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Operações em Conjuntos (5)
Diagrama de Venn para A B:
S
A
B
AB
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Aula 2 - 28
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Operações em Conjuntos (6)
Definição: Seja A um conjunto pertencente a P(S). O
complemento de A, simbolizado por A (ou Α ) é definido
por {x | x S e x A}.
Diagrama de Venn para A:
S
A
A
Obs.:
A representa a parte amarela do diagrama.
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Operações em Conjuntos (7)
Definição: Sejam A, B subconjuntos pertencentes a P(S).
A diferença entre conjuntos, simbolizada por A - B é
definida por {x | x A e x B}.
A – B pode ser reescrita como {x | x A e x B’}, ou
A – B pode ser reescrita como A B’.
E a diferença B – A?
Diagrama de Venn para A - B:
A
B
S
A-B
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Operações em Conjuntos (8)
Definição: Dois conjuntos A e B tais que A B = são
denominados de conjuntos disjuntos.
Ex.: A – B e B – A são conjuntos disjuntos.
Diagrama de Venn para conjuntos disjuntos:
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Operações em Conjuntos (9)
Exercício 6 – Sejam os conjuntos
A = {1,2,3,5,10},
B = {2,4,7,8,9}, e
C = {5,8,10},
Subconjuntos de S = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}.
Encontrar os seguintes conjuntos:
A B
A – C
B (A C)
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Operações em Conjuntos (10)
Exercício 6 – Sejam os conjuntos
A = {1,2,3,5,10},
B = {2,4,7,8,9}, e
C = {5,8,10},
Subconjuntos de S = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}.
Resposta:
Encontrar os seguintes conjuntos:
A B = {1,2,3,4,5,7,8,9,10}
A – C = {1,2,3}
B (A C) = {1,3,5,10}
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Operações em Conjuntos (11)
Definição: Sejam os conjuntos A e B subconjuntos de S.
O produto cartesiano de A e B, denotado por A B, é
definido por {(x,y) | x A e y B}.
É o conjunto de todos os pares ordenados com o primeiro
componente do par sendo um elemento de A e o segundo
componente do par sendo um elemento de B.
A B não é subconjunto do conjunto S (A B não é uma
operação binária fechada em S).
Pode-se abreviar A A por A2.
Ex.:
Sejam A = {1,2} e B = {3,4,5}.
O prod. cartesiano A B ={(1,3),(1,4),(1,5),(2,3),(2,4),(2,5)}
1
3
4
2
5
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3
4
5
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Operações em Conjuntos (12)
Outro Ex.:
Sejam L = {A,B,C} e N = {1,2}.
Prod. cartesiano L N ={(A,1),(A,2),(B,1),(B,2),(C,1),(C,2)}.
LN
L
N
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Aula 2 - 35
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Operações em Conjuntos (13)
Exercício 7 – Sejam os conjuntos
A = {1,2},
B = {3,4}.
Encontrar os seguintes conjuntos:
A B
B A
A2
A3
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Aula 2 - 36
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Operações em Conjuntos (14)
Exercício 7 – Sejam os conjuntos
A = {1,2},
B = {3,4}.
Resposta:
Encontrar os seguintes conjuntos:
A B = {(1,3),(1,4),(2,3),(2,4)}.
B A = ((3,1),(3,2),(4,1),(4,2)}.
A2 = A A = {(1,1),(1,2),(2,1),(2,2)}.
A3 = A A A =
= (A A) A =
= A2 A =
= {(1,1),(1,2),(2,1),(2,2)} {1,2} =
= {(1,1,1),(1,1,2),(1,2,1),(1,2,2),(2,1,1),(2,1,2),(2,2,1),(2,2,2)}.
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Aula 2 - 37
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Operações em Conjuntos (15)
Exercício para se pensar – Sejam os conjuntos
Pagadores = {João, José},
Caloteiros = {Joaquim, João}.
Encontrar os seguintes conjuntos que contenham:
Só as pessoas que são Pagadores ou Caloteiros.
Só as pessoas que são Pagadores e Caloteiros.
Só as pessoas que são somente Pagadores.
Só as pessoas que são somente Caloteiros.
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Aula 2 - 38
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Identidades Em Conjuntos (1)
Há uma série de igualdades entre conjuntos nas
operações
de
união,
interseção,
diferença
e
complementação.
Essas igualdades são independentes dos subconjuntos
particulares utilizados e são chamadas de Identidades
Básica de Conjuntos.
Essas identidades são semelhantes (em propósito) as
equivalências tautológicas da lógica matemática.
São apresentadas na próxima transparência.
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Aula 2 - 39
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Identidades Em Conjuntos (2)
Identidades Básicas Envolvendo Conjuntos (1).
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Aula 2 - 40
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Identidades Em Conjuntos (3)
Identidades Básicas Envolvendo Conjuntos (2).
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Aula 2 - 41
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Identidades Em Conjuntos (4)
Exemplo 2: Provar a identidade 3a (transp. 40).
A (B C) = (A B) (A C)
Prova-se essa igualdade entre conjuntos mostrando-se a
inclusão em ambas as direções, ou seja, prova-se que:
A (B C) (A B) (A C) e
(A B) (A C) A (B C).
Para mostrar-se que A (B C) (A B) (A C), seja
x um elemento qualquer de A (B C). Pode-se então
proceder-se da seguinte forma:
x A (B C) x A ou x (B C)
x A ou (x B e x C)
(x A ou x B) e (x A ou x C)
x (A B) e x (A C)
x (A B) (A C).
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Aula 2 - 42
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Identidades Em Conjuntos (5)
Para mostrar-se que (A B) (A C) A (B A),
basta refazer o argumento de trás para a frente.
As identidades apresentadas podem ser usadas para
provar-se outras identidades envolvendo conjuntos.
Exemplo 3:
Provar que (A (B C) ((A (B C)) (B C)) = ,
para A, B, e C subconjuntos quaisquer de S.
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Aula 2 - 43
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Identidades Em Conjuntos (6)
O dual de cada identidade também aparece na lista.
A identidade dual é obtida permutando-se o símbolo por
e S com .
Exemplo 4: o dual da identidade
(A (B C) ((A (B C)) (B C)) = é
(A (B C) ((A (B C)) (B C)) = S.
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Aula 2 - 44
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Identidades Em Conjuntos (7)
Sintetizando
os métodos usados
identidades envolvendo conjuntos:
Matemática Discreta 2
Aula 2 - 45
para
se
provar
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Identidades Em Conjuntos (8)
Exercício 8 - Usando as identidades básicas, prove a
identidade abaixo:
(C (A B)) ((A B) C) = A B, onde A, B, e C são
subconjuntos arbitrários de S.
Enunciar a identidade dual que se obtém.
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Aula 2 - 46
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Identidades Em Conjuntos (9)
Exercício 8 - Usando as identidades básicas, prove a
identidade abaixo:
(C (A B)) ((A B) C) = A B, onde A, B, e C são
subconjuntos arbitrários de S.
Enunciar a identidade dual que se obtém.
Resposta:
(C (A B)) ((A B) C) =
((A B) C) ((A B) C) =
(A B) (C C)
=
(A B) (S)
=
(A B)
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Aula 2 - 47
(1b)
(3b)
(5a)
(4b)
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Conjuntos Contáveis e Não Contáveis (1)
Um conjunto finito (um conjunto com n elementos para
algum inteiro positivo n) possui um número conhecido de
elementos.
Num conjunto finito S, sempre se pode designar um
elemento como sendo o primeiro, s1, um outro como o
segundo s2, e assim por diante.
Se existem k elementos no conjunto, eles podem ser
listados na ordem selecionada: s1, s2, ..., sk.
Essa lista representa o conjunto todo.
O número de elementos em um conjunto finito é a
denominada cardinalidade do
conjunto tem a cardinalidade k.
Matemática Discreta 2
Aula 2 - 48
conjunto.
Logo,
esse
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Conjuntos Contáveis e Não Contáveis (2)
Num conjunto infinito T (um conjunto que não é finito)
pode-se ainda selecionar-se um primeiro elemento, t1,
um segundo elemento, t2, e assim por diante de modo
que a lista t1, t2, ..., tk representa todos os elementos do
conjunto.
Todo elemento do conjunto aparece na lista em algum
momento. Tal conjunto infinito é denominado de
enumerável.
Conjuntos
finitos e conjuntos enumeráveis são
denominados de conjuntos contáveis (pode-se contar ou
enumerar os elementos do conjunto).
Ser contável não significa que se pode dizer qual o numero total
de elementos no conjunto. Significa que se pode dizer quem é o
primeiro, o segundo e assim por diante.
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Aula 2 - 49
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Conjuntos Contáveis e Não Contáveis (3)
Exemplo 4: O conjunto N é enumerável.
Para provar a enumerabilidade, precisa-se apenas exibir
um modo de contar os elementos.
Para o conjunto N de inteiros não negativos, é claro que
0,1,2,3, ... é uma enumeração que certamente incluirá
todos os elementos do conjunto.
Matemática Discreta 2
Aula 2 - 50
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Conjuntos Contáveis e Não Contáveis (4)
Exercício 9: Provar que o conjunto dos inteiros positivos
pares é enumerável.
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Aula 2 - 51
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Conjuntos Contáveis e Não Contáveis (5)
Exercício 9: Provar que o conjunto dos inteiros positivos
pares é enumerável.
Resposta:
Uma
enumeração
2,4,6,8,10,12,...
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dos
inteiros
Aula 2 - 52
positivos
pares
é
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Conjuntos Contáveis e Não Contáveis (6)
Exercício 10: Provar que Q+, conjunto dos números
racionais positivos é enumerável.
Matemática Discreta 2
Aula 2 - 53
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Conjuntos Contáveis e Não Contáveis (7)
Exercício 10: Provar que Q+, conjunto dos números
racionais positivos é enumerável.
Resposta:
Supondo que cada racional positivo pode ser escrito como
uma fração de inteiros positivos, pode-se escrever todas
essas frações com numerador 1 na primeira linha,
numerador 2 na segunda linha e assim por diante,
conforme apresentado abaixo.
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Conjuntos Contáveis e Não Contáveis (8)
Nesse formato, como se pode enumerar o conjunto?
Para mostrar que esse arranjo é enumerável, pode-se
passar um fio, com uma seta apontando o sentido,
percorrendo todo o arranjo, começando em 1/1, conforme
apresentado abaixo.
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Conjuntos Contáveis e Não Contáveis (9)
Começando por um dos cantos, observa-se que o arranjo é
enumerável.
Caso se comece seguindo apenas a primeira linha,
jamais se terminará para chegar nas outras linhas.
Para melhorar a enumeração, pode-se ainda simplificar as
frações, como por exemplo (1/1 = 2/2, 1/2=2/4, …).
Portanto, a enumeração de Q+ começa com 1/1, 2/1, 1/2,
3/1, 4/1, ...
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Conjuntos Contáveis e Não Contáveis (10)
Existem conjuntos infinitos que não são contáveis (ou
seja, são os denominados não enumeráveis).
Um conjunto não enumerável é tão grande que não existe
uma maneira de se contar os elementos e obter todo o
conjunto nesse processo.
Ex.: números reais, irracionais, complexos, etc.
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Conjuntos Contáveis e Não Contáveis (11)
Pesquisa: Provar que o conjunto de todos os números
reais entre 0 e 1 é não enumerável.
Dica: Usar o método de diagonalização de Cantor.
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