1.3. Решение уравнений с неизвестным множеством

Пусть U – произвольное множество, «универсум».  Мы будем рассматривать теоретико-множественные выражения, которые получаются из символов с помощью операций над множествами, например:

.

Определение

Теоретико-множественное выражение H = H(X1, …, Xm), полученное из подмножеств  (X1, …, Xm)ÍU,  определяется по индукции:

1) X1, …, Xm, U, Æ – теоретико-множественные выражения;

2) если H – теоретико-множественное выражение, то  – теоретико-множест­венное выражение;

3) если H1 и H2 – теоретико-множественные выражения, то (H1ÈH2), (H1ÇH2), (H1H2), (H1DH2) – теоретико-множественные выражения.

Наша цель – научиться решать уравнения

H(X, A1, …, An)= Æ,

где H(X, A1, …, An) – теоретико-множественное выражение, полученное из подмножеств X, A1, …, AnÍU.

Предложение

Для всякого теоретико-множественного выражения H(X, A1, …, An) существуют такие теоретико-множественные  выражения

R(A1, …, An), S(A1, …, An), T(A1, …, An),

что для любого XÍU следующие условия равносильны:

1) H(X, A1, …, An)= Æ;

2) R(A1, …, An)È(S(A1, …, An)ÇX)È(T(A1, …, An)Ç ) = Æ.

Доказательство

Поскольку PQ= PÇ   и PDQ = (P È Q)(P Ç Q), то можно считать, что H построена с помощью операций PÈ Q, PÇ Q и . Далее применяется индукция по количеству операций в H(X, A1, …, An).

Следствие

В условиях предыдущего предложения, уравнение H(X, A1, …, An)= Æ  будет иметь решения тогда и только тогда, когда будут выполнены соотношения: 

1. S(A1, …, An)ÇX = Æ,

2. T(A1, …, An)Ç = Æ,

3. R(A1, …, An) = Æ.

Метод решения уравнения

H1(X, A1, …, An)= H2(X, B1, …, Bm).

Здесь A1, …, An и  B1, …, Bm – некоторые заданные множества. Обозначим символом 0 пустое множество.

Это уравнение сначала приводят к уравнению  

H(X, A1, …, An)= 0,

где

H(X,A1,…, An)= (H1(X, A1, …, An) H2(X, B1, …, Bm)) È ( H2(X, B1, …, Bm) H1(X, A1, …, An)).

Потом для полученного уравнения находим формулы для R, S, T из предыдущего предложения. И, наконец,  применим предыдущее следствие. Разберем этот метод решение на следующем примере.

Пример

Рассмотрим, например, уравнение:

AÇX = BÇ.

Оно равносильно уравнению вида:

= 0.

Следующим шагом решения будет преобразование левой части к объединению пересечений множеств. Это достигается с помощью формул:

PQ = PÇ .

После применения этих формул  получим:

= 0.

А после применения формул де Моргана приходим к уравнению:

= 0.

С помощью закона дистрибутивности получаем  уравнение:

= 0.

Поскольку

   и         ,

то это уравнение примет вид:

=0.

Последнее равенство выполняется тогда и только тогда, когда X удовлетворяет системе уравнений:

Первое уравнение равносильно включению , а второе – . Отсюда вытекает следующий ответ:

.