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Nada #31

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\documentclass[fc]{tarea}

\usepackage[style=mexican]{csquotes}

\newcommand{\menos}{\backslash}
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\examen{Tarea 2 (parte I y II)}
\prof{Karina G. Buendía y José Dosal}
\materia{Conjuntos y lógica}
\alum{}

%\xsimsetup{solution/print = true}

\begin{document}
\HojaExamen{}{e}
\begin{exercise}
Sea $f: \mathcal{X} \to \mathcal{Y}$ una función. Demuestra que $F: \mathcal{P}(\mathcal{X}) \to \mathcal{P}(\mathcal{Y})$
y $G: \mathcal{P}(\mathcal{Y}) \to \mathcal{P}(\mathcal{X})$ definidas como: $\begin{aligned}
F(A) = f(A)\; \text{y}\; G(A) = f^{-1}(A),
\end{aligned}$
son funciones.
\end{exercise}

\begin{solution}
Sean $(A, f(A))$ y $(B, f(B))$ en $F$. Por demostrar que $f(A)=f(B)$. Supongamos que $f(A) \neq f(B)$, entonces
$f(B) \menos f(A) \neq \emptyset$, es decir, existe $y \in f(B) \menos f(A)$. Por lo anterior, existe $x \in A$ tal que
$f(x) = y$, es decir $y \in f(A)$. Por lo tanto $f(A) = f(B)$
\end{solution}

\begin{exercise}
Sean $f: A \to C$ y $g:A \to B$ funciones. Demostrar que existe una función $h: B \to C$ tal que $f=h \circ g$
si y solo si para cada $x,\; y \in A$ $g(x) = g(y)$ implica $f(x) = f(y)$.
\end{exercise}

\begin{solution}
\textbf{($\Rightarrow$)} Supongamos que existe una función $h: B \to C$ tal que $f = h \circ g$.
Por demostrar que para cualesquiera $x, y \in A$, si $g(x) = g(y)$, entonces $f(x) = f(y)$.
Sean $x, y \in A$ tales que $g(x) = g(y)$,
$$f(x) = (h \circ g)(x) = h(g(x)) = h(g(y)) = (h \circ g)(y) = f(y)$$
Dado que $g(x) = g(y)$ y $h$ es función,
$$h(g(x)) = h(g(y))$$
Por lo tanto $f(x) = f(y)$.
\\
\textbf{($\Leftarrow$)} Supongamos que para todo $x, y \in A$ tenemos que $g(x) = g(y) \implies f(x) = f(y)$ es cierta.
Construyamos una función $h: B \to C$ tal que $f = h \circ g$. Sea $h$ definida para cualquier $b \in B$:
\begin{enumerate}
\item Si $b \in \text{Im}(g)$, entonces existe al menos un $a \in A$ tal que $g(a) = b$. Para el cual definimos $h(b) = f(a)$.
Si existiera otro elemento $a' \in A$ tal que $g(a') = b$, entonces tendríamos $g(a) = g(a')$. Por hipótesis, esto implica
que $f(a) = f(a')$. Por lo tanto, el valor $h(b)$ es único.

\item Si $b \notin \text{Im}(g)$, entonces no existe ningún $a \in A$ tal que $g(a)=b$. Así, $h(b) = c_0$.
Escogemos un elemento fijo $c_0 \in C$.
\end{enumerate}

\end{solution}

\begin{exercise}
Sean $A \neq \emptyset$ y $B \neq \emptyset$ conjuntos. Para cualquier conjunto $C$ y cualesquiera funciones
$f_1: C \to A$ y $f_2 : C \to B$ existe una única función $f: C \to A \times B$ tal que $f_1 = p_1 \circ f$
y $f_2 = p_2 \circ f$. (Las funciones $f_1$ y $f_2$ se denominan funciones coordenadas)
\end{exercise}

\begin{solution}
$\forall c \in C$ se tiene que $f_1(c) \in A$ y $f_2(c) \in B$. Definimos a $f(c) = (f_1(c), f_2(c))$.
Es claro que es función ya que la pareja $(f_1(c), f_2(c))$ es única. Por demostrar que f cumple las
dos propiedades.
\begin{enumerate}
\item $\forall c \in C$ se tiene que $$ (p_1 \circ f)(c) = p_1(f(c)) = p_1(f_1(c), f_2(c)) = f_1(c)$$
Por lo tanto, $p_1 \circ f = f_1$.
\item $\forall c \in C$ se tiene que $$ (p_2 \circ f)(c) = p_2(f(c)) = p_2(f_1(c), f_2(c)) = f_2(c)$$
Por lo tanto, $p_2 \circ f = f_2$.
\end{enumerate}
\end{solution}

\begin{exercise}
Demuestra que si $I\neq \emptyset$ y algún $A_\alpha = \emptyset$ si y solo si $\prod_{\alpha \in I} A_{\alpha} = \emptyset$.
\end{exercise}

\begin{exercise}
Sea $I \neq \emptyset$ un conjunto de índices. Considera dos familias indizadas $\set{A_{\alpha}}_{\alpha \in I}$
y $\set{B_{\alpha}}_{\alpha \in I}$ . Demuestra lo siguiente:
\begin{enumerate}
\item Si $A_{\alpha} \subseteq B_{\alpha}$ para cada $\alpha \in I$, entonces
$$\prod_{\alpha \in I} A_{\alpha} \subseteq \prod_{\alpha \in I} B_{\alpha}$$.
\item El recíproco de 1 se cumple si $\prod_{\alpha \in I} A_{\alpha} \neq \emptyset$
\end{enumerate}
\end{exercise}

\begin{exercise}
Sea la relación $E$ en $\mathcal{R}^2$ definida por $E = \set{((x_1,y_1),(x_2,y_2)) |\; y_1 - x_1^2 = y_2 - x_2^2 }$. Demuestre que $E$ es de equivalencia y describa las clases de equivalencia.
\end{exercise}

\begin{exercise}
Sea $R$ una relaci\'{o}n reflexiva y transitiva. Defina $\approx$ en $A$ por $a \approx b$ si y s\'{o}lo si $(a,b)\in R $ y $(b,a)\in R$.

\begin{enumerate}
\item[(a)] Muestre que $\approx$ es una relaci\'{o}n de equivalencia en $A$.

\item[(b)] Si $\preceq$ se define por $[a] \preceq [b]$ si y s\'{o}lo si $(a,b)\in R$; muestre que $(A/\approx, \preceq)$ es un conjunto ordenado.
\end{enumerate}
\end{exercise}

\begin{exercise}
Sea $R$ un orden en $A$. Pruebe que $R^{-1}$ es tambi\'{e}n un orden en $A$ (denominado dual de $R$) y para $B \subseteq A$ se cumple que

\begin{enumerate}
\item[(a)] $a$ es el m\'{i}nimo elemento de $B$ en $R^{-1}$ si y s\'{o}lo si $a$ es el m\'{a}ximo elemento de $B$ en $R$.

\item[(b)] Similarmente para minimal y maximal, y supremo e \'{i}nfimo.
\end{enumerate}
\end{exercise}

\begin{exercise}
Muestre que $h$ es un isomorfismo entre $(A, \leq)$ y $(B, \preceq)$ si y s\'{o}lo si $h$ y $h^{-1}$ preservan el orden.
\end{exercise}

\begin{exercise}
Sea $A$ ordenado por $\leq$, y $B \subseteq A$. Demuestra lo siguiente:

\begin{enumerate}[(a)]
\item $B$ tiene a lo m\'{a}s un elemento m\'{i}nimo.

\item El elemento m\'{i}nimo de $B$ (si existe) es tambi\'{e}n minimal.

\item Si $B$ es una cadena, entonces todo elemento minimal de $B$ es tambi\'{e}n un m\'{i}nimo.
\end{enumerate}
\end{exercise}

\end{document}
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\providecommand\numberofexercises{}
\XSIM{solution-body}{exercise-1=={Sean $(A, f(A))$ y $(B, f(B))$ en $F$. Por demostrar que $f(A)=f(B)$. Supongamos que $f(A) \neq f(B)$, entonces $f(B) \menos f(A) \neq \emptyset $, es decir, existe $y \in f(B) \menos f(A)$. Por lo anterior, existe $x \in A$ tal que $f(x) = y$, es decir $y \in f(A)$. Por lo tanto $f(A) = f(B)$}||exercise-2=={\textbf {($\Rightarrow $)} Supongamos que existe una función $h: B \to C$ tal que $f = h \circ g$. Por demostrar que para cualesquiera $x, y \in A$, si $g(x) = g(y)$, entonces $f(x) = f(y)$. Sean $x, y \in A$ tales que $g(x) = g(y)$, $$f(x) = (h \circ g)(x) = h(g(x)) = h(g(y)) = (h \circ g)(y) = f(y)$$ Dado que $g(x) = g(y)$ y $h$ es función, $$h(g(x)) = h(g(y))$$ Por lo tanto $f(x) = f(y)$. \\ \textbf {($\Leftarrow $)} Supongamos que para todo $x, y \in A$ tenemos que $g(x) = g(y) \implies f(x) = f(y)$ es cierta. Construyamos una función $h: B \to C$ tal que $f = h \circ g$. Sea $h$ definida para cualquier $b \in B$: \begin {enumerate} \item Si $b \in \text {Im}(g)$, entonces existe al menos un $a \in A$ tal que $g(a) = b$. Para el cual definimos $h(b) = f(a)$. Si existiera otro elemento $a' \in A$ tal que $g(a') = b$, entonces tendríamos $g(a) = g(a')$. Por hipótesis, esto implica que $f(a) = f(a')$. Por lo tanto, el valor $h(b)$ es único. \par \item Si $b \notin \text {Im}(g)$, entonces no existe ningún $a \in A$ tal que $g(a)=b$. Así, $h(b) = c_0$. Escogemos un elemento fijo $c_0 \in C$. \end {enumerate} \par }||exercise-3=={$\forall c \in C$ se tiene que $f_1(c) \in A$ y $f_2(c) \in B$. Definimos a $f(c) = (f_1(c), f_2(c))$. Es claro que es función ya que la pareja $(f_1(c), f_2(c))$ es única. Por demostrar que f cumple las dos propiedades. \begin {enumerate} \item $\forall c \in C$ se tiene que $$ (p_1 \circ f)(c) = p_1(f(c)) = p_1(f_1(c), f_2(c)) = f_1(c)$$ Por lo tanto, $p_1 \circ f = f_1$. \item $\forall c \in C$ se tiene que $$ (p_2 \circ f)(c) = p_2(f(c)) = p_2(f_1(c), f_2(c)) = f_2(c)$$ Por lo tanto, $p_2 \circ f = f_2$. \end {enumerate}}}
\XSIM{exercise-body}{exercise-1=={Sea $f: \mathcal {X} \to \mathcal {Y}$ una función. Demuestra que $F: \mathcal {P}(\mathcal {X}) \to \mathcal {P}(\mathcal {Y})$ y $G: \mathcal {P}(\mathcal {Y}) \to \mathcal {P}(\mathcal {X})$ definidas como: $\begin {aligned} F(A) = f(A)\; \text {y}\; G(A) = f^{-1}(A), \end {aligned}$ son funciones.}||exercise-2=={Sean $f: A \to C$ y $g:A \to B$ funciones. Demostrar que existe una función $h: B \to C$ tal que $f=h \circ g$ si y solo si para cada $x,\; y \in A$ $g(x) = g(y)$ implica $f(x) = f(y)$.}||exercise-3=={Sean $A \neq \emptyset $ y $B \neq \emptyset $ conjuntos. Para cualquier conjunto $C$ y cualesquiera funciones $f_1: C \to A$ y $f_2 : C \to B$ existe una única función $f: C \to A \times B$ tal que $f_1 = p_1 \circ f$ y $f_2 = p_2 \circ f$. (Las funciones $f_1$ y $f_2$ se denominan funciones coordenadas)}||exercise-4=={Demuestra que si $I\neq \emptyset $ y algún $A_\alpha = \emptyset $ si y solo si $\prod _{\alpha \in I} A_{\alpha } = \emptyset $.}||exercise-5=={Sea $I \neq \emptyset $ un conjunto de índices. Considera dos familias indizadas $\set {A_{\alpha }}_{\alpha \in I}$ y $\set {B_{\alpha }}_{\alpha \in I}$ . Demuestra lo siguiente: \begin {enumerate} \item Si $A_{\alpha } \subseteq B_{\alpha }$ para cada $\alpha \in I$, entonces $$\prod _{\alpha \in I} A_{\alpha } \subseteq \prod _{\alpha \in I} B_{\alpha }$$. \item El recíproco de 1 se cumple si $\prod _{\alpha \in I} A_{\alpha } \neq \emptyset $ \end {enumerate}}||exercise-6=={Sea la relación $E$ en $\mathcal {R}^2$ definida por $E = \set {((x_1,y_1),(x_2,y_2)) |\; y_1 - x_1^2 = y_2 - x_2^2 }$. Demuestre que $E$ es de equivalencia y describa las clases de equivalencia.}||exercise-7=={Sea $R$ una relaci\'{o}n reflexiva y transitiva. Defina $\approx $ en $A$ por $a \approx b$ si y s\'{o}lo si $(a,b)\in R $ y $(b,a)\in R$. \par \begin {enumerate} \item [(a)] Muestre que $\approx $ es una relaci\'{o}n de equivalencia en $A$. \par \item [(b)] Si $\preceq $ se define por $[a] \preceq [b]$ si y s\'{o}lo si $(a,b)\in R$; muestre que $(A/\approx , \preceq )$ es un conjunto ordenado. \end {enumerate}}||exercise-8=={Sea $R$ un orden en $A$. Pruebe que $R^{-1}$ es tambi\'{e}n un orden en $A$ (denominado dual de $R$) y para $B \subseteq A$ se cumple que \par \begin {enumerate} \item [(a)] $a$ es el m\'{i}nimo elemento de $B$ en $R^{-1}$ si y s\'{o}lo si $a$ es el m\'{a}ximo elemento de $B$ en $R$. \par \item [(b)] Similarmente para minimal y maximal, y supremo e \'{i}nfimo. \end {enumerate}}||exercise-9=={Muestre que $h$ es un isomorfismo entre $(A, \leq )$ y $(B, \preceq )$ si y s\'{o}lo si $h$ y $h^{-1}$ preservan el orden.}||exercise-10=={Sea $A$ ordenado por $\leq $, y $B \subseteq A$. Demuestra lo siguiente: \par \begin {enumerate}[(a)] \item $B$ tiene a lo m\'{a}s un elemento m\'{i}nimo. \par \item El elemento m\'{i}nimo de $B$ (si existe) es tambi\'{e}n minimal. \par \item Si $B$ es una cadena, entonces todo elemento minimal de $B$ es tambi\'{e}n un m\'{i}nimo. \end {enumerate}}}
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