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[Resuelto] 1er Parcial 16/05/09 Ej 1.

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Este lo odié y lo amé. La primera 1:30 del parcial la pasé diciendo "...tengo los primeros 21 terminos de la función...hay un patrón obvio...se que es temprano pero por diós, cerebro, ayudame...".
Bueno:

$$f: \mathbb{N} \to \mathbb{Z}$$
$$f(n) = \begin{cases} \frac{2n}{3}, & \mbox{si }n \equiv 0\mbox{ (mod 3)} \\ \frac{2n+1}{3}, & \mbox{si }n \equiv 1 \mbox{ (mod 3)} \\ \frac{2 - n}{3}, & \mbox{si }n \equiv 2 \mbox{ (mod 3)} \end{cases}$$
Decir si f es injectiva, subjectiva, bijectiva, y si es bijectiva encontrar \(f^{-1}\). A ver si me acuerdo. Para ver si es injectiva, quiero probar que \(f(a) = f(b) \to a = b\). Primero pruebo esto para los casos en que \(a \equiv b\ (mod\ 3)\), en cuyo caso caen en la misma rama de la función:

Si \(n \equiv 0\ (mod\ 3)\):

$$\frac{2a}{3} = \frac{2b}{3}$$
$$2a = 2b$$
$$a = b$$

Si \(n \equiv 1\ (mod\ 3)\):

$$\frac{2a+1}{3} = \frac{2b+1}{3}$$
$$2a+1 = 2b+1$$
$$2a = 2b$$
$$a = b$$

Si \(n \equiv 2\ (mod\ 3)\):

$$\frac{2-a}{3} = \frac{2-b}{3}$$
$$2-a = 2-b$$
$$-a = -b$$
$$a = b$$

Bueno, entonces probé que si a y b tienen el mismo resto, entonces \(f(a) = f(b) \to a = b\).
Ahora pruebo que pasa si nó...

El más simple es el último. Ninguno de los dos primeros puede ser \(f(n) \le 0\), así que si f(a) es menor que 0 (y f(a) = f(b)), entonces la única que queda es que haya salido del tercer caso. Como el tercer caso es una función lineal, y por lo tanto bijectiva, sabemos que f(a) = f(b) implica a=b.

Ahora el primero y segundo. Esto lo pruebo por contrarecíproco (\(a \ne b \to f(a) \ne f(b)\) diciendo que uno siempre escupe pares, el otro siempre impares.

Para el primero:

$$n \equiv 0\ (mod\ 3) \to n = 3q, \mbox{para algun q} \in \mathbb{Z}$$
$$f(n) = \frac{2(3q)}{3} = \frac{6q}{3} = \frac{6q}{3} = 2q$$
Es facil ver que entonces f(n) es par para cualquier \(n \equiv 0\ (mod\ 3)\)

Ahora el segundo:

$$n \equiv 1\ (mod\ 3) \to n = 3q + 1, \mbox{para algun q} \in \mathbb{Z}$$
$$f(n) = \frac{2(3q+1)+1}{3} = \frac{6q+2+1}{3} = \frac{6q}{3} + 1 = 2q +1$$
Es facil ver que entonces f(n) es impar para cualquier \(n \equiv\ 1 (mod\ 3)\)

Entonces probamos que si f(n) es par (y positivo), cayó en una de las sub-funciones, y si f(n) es impar (y positivo) cayó en la otra, ya ya probamos que si caía en la misma sub-función y f(a) = f(b), entonces a = b. Como un número solo puede ser (positivo&par) o (positivo&impar) o (negativo), esto cubre todos los casos, y mostramos que f(a) = f(b) implica a = b.
(Nota: Esto estaba mejor explicado en el parcial, ahora no se me ocurre una manera copada de ponerlo en palabras...pero se vé, no? Osea, f(a) = f(b) o son pares, o impares, o negativos (los dos, f(a) y f(b)), y solo una de las subfunciones produce cada tipo, y ya probamos que si cayeron en la misma subfunción y son iguales sus resultados, son iguales a y b).

Bueno. Esto prueba la injectividad.
Ahora probemos subjectividad.
Queremos probar que \(Dom(f) = \mathbb{Z}\). Osea, quiero ver que

$$\forall m \in \mathbb{Z}, \exists n \in \mathbb{N} \diagup f(n) = m$$
Esto también lo pruebo por partes. Primero, la última que es la más facil: Si caímos en la tercera, es porque \(n \equiv 2\ (mod\ 3)\). Si pasa esto, el próximo que va a caer aca va a ser un m = n + 3. Veamos que le pasa a m...
$$f(m) = \frac{2-m}{3} = \frac{2-(n+3)}{3} = \frac{2-n-3}{3} = \frac{2-n}{3} - \frac{3}{3} = f(n) - 1$$
Entonces, llegamos a que cada vez que caiga en la tercera función, me va a dar un número que es uno menor que el anterior que cayó acá. También sabemos que f(2) = (2-2)/3 = 0, entonces tenemos una subfunción estríctamente decreciente y que empieza en 0. Por lo tanto, f(n) cubre todos los enteros negativos (y el 0) a medida que n cubre los positivos (en particular, los positivos que sean equivalentes a 2, módulo 3).

Bueno, ahora probemos los positivos.
Primero, quiero ver que le pasa a \(f_1\).
Si caí en \(f_1\), es porque \(n \equiv 0\ (mod\ 3)\). El próximo natural que va a cumplir esta condición es un m = n + 3. Veamos que le pasa a m..

$$f(m) = \frac{2m}{3} = \frac{2(n+3)}{3} = \frac{2n+6}{3} = \frac{2n}{3} + \frac{6}{3} = f(n) + 2$$
Osea, el próximo natural que caiga acá va a haber saltado 2 números. Como sabemos que el primero que cae acá es f(3) = 2, esto cubre todos los pares positivos.

Ahora, veamos que pasa algo similar con \(f_2\):
\(f(m) = \frac{2m+1}{3} = \frac{2(n+3)+1}{3} = \frac{2n+6+1}{3} = \frac{2n+1}{3} + \frac{6}{3} = f(n) + 2\).
Y, análogamente a \(f_1\), sabiendo que empezamos a usar esta función en f(1) = 1, esto cubre todos los impares positivos.

Pero epa. Ya cubrimos los negativos y el 0, los positivos pares, y los positivos impares. A bailar, que ya probamos subjectividad!

Y si, como es injectiva y subjectiva, es bijectiva señores.

Ahora, a encontrar \(f^{-1}\). Esta la verdad la hice a ojo...

$$f^{-1}(n) = \begin{cases} \frac{3n}{2}, & \mbox{si }n \equiv 0\mbox{ (mod 3)} \\ \frac{3n-1}{2}, & \mbox{si }n \equiv 1 \mbox{ (mod 3)} \\ -3n+2, & \mbox{si }n \equiv 2 \mbox{ (mod 3)} \end{cases}$$
Esto sale dándole un poco de maña nomás...

Igual, hay que probar que \(f^{-1}(f(n)) = n\)...
En cada caso:

$$\frac{3(\frac{2n}{3})}{2} = n$$
$$\frac{2(\frac{3n-1}{2})+1}{3} = n$$
\(\frac{2-(-3n+2)}{3} = n\) Y listo 🙂

Había un punto abajo que tenía que ver con relaciones...alguien se lo acuerda así resuelvo esa parte también?

Gracias 🙂

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Por qué los poetas usan integrales?
Porque Riemann.

Si no recuerdo mal la relación era en NxN: aRb sii \(f(a)^2\leq f(b)^2\)

Había que ver reflexividad, simetría, antisimetría y transitividad (al menos en mi tema, que no me acuerdo cuál

era)

edit: aclararon muchas veces que es \((f(a))^2\) y no \(f(a^2)\)

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The End Of This Chapter...

Ahi va 🙂

Bueno, la reflexividat sale fácil. Quiero probar que \(\forall a \in \mathbb{N}, aRa \to \forall a \in \mathbb{N}\ \ (f(a))^2 \le (f(a))^2\).
Este es trivial, porque siempre \((f(a))^2 \le (f(a))^2\). En particular, \((f(a))^2 = (f(a))^2\).

Simetría:
Quiero ver que \(\forall a, b \in \mathbb{N}\ \ bRa \to aRb\).
Esto va a ser falso porque \(\le\) es una relación de orden.
Para encontrar un contraejemplo, basta ver a = 2, b = 3.
bRa pues f(a) = 0, f(b) = 2, y 0 es menor o igual a 4.
Pero aRb es falso, pues 4 no es menor o igual a 0.

Antisimetría y transitividad:
Esto no lo fundamenté del todo bién creo. Yo lo que planteé es que f(n)^2 define a los naturales mas el 0. A este conjuntos se le puede aplicar la operacion "menor o igual a". Como le puedo aplicar esta operación, y esta define una relación de orden (siendo el orden canónico de los naturales), esta relación va a cumplir antisimetría y transitividad.

Esto puede llegar a haber sido fruta. Mi cerebro lo dejó pasar porque era el primer ejercicio y no había desayunado. Alguna objeción obvia (ie. contraejemplo)?

Saludos.

EDIT: Quimey informa que no va a ser antisimétrica (y, por lo tanto, que mandé fruta con la analogía). Como ejemplo, tenemos a=1, b = -1. aRb y bRa, pero a!=b. Por lo tanto, no puede ser antisimétrica. 🙂

Editado 1 vez.

Te creo que va a ser transitiva, lo que no me parece es lo de la antisimetria porque f toma valores negativos, si pudieras encontrar a y b tal que f(a)=-f(b) entonces aRb y bRa pero no son iguales.

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Quimey

Ah, eso me temía 🙂 Sip, por ejemplo f(1) = 1 y f(5) = -1. aRb y bRa pero a != b. Igual creo que mi cerebro no sonó la alarma por olvidarme de esa segunda parte de la antisimetría, "...y a != b". No se que es mas grave, eso o que intenté chamuyar en un parcial de álgebra jajaja...
Igual era medio un lance eso asi que no me pone mal que haya estado mal. Gracias por la corrección, ahora edito el post 🙂

una pregunta, esas eran las condiciones para la inversa?? me refiero a lo de n congruente con 0 modulo (3) etc.. porque a mi me quedaron otras...

Nop, tenes razón: en el apuro copié el TeX de f y solo reemplazé las formulas, no las condiciones. Te quedaba que una era para los pares positivos, otra para los impares positivos, y otra para los negativos y el 0 (si no me mande otro moco ahí!). 🙂