Utilizador:Thiago Marcel/Profmat/MA11/Lista3

Seja   o conjunto dos números inteiros munido das operações de adição   e multiplicação   , definamos   pares ordenados de números inteiros com a segunda componente diferente de zero, seja a relação   definido em   por:

 .
Mostre que   é uma relação de equivalência em  .
  • reflexiva
    •  . Como   que é comutativo, logo vale a reflexividade.
  • simétrica
    • Dado  . Como  , logo vale a propriedade comutativa. Assim  .
  • transitiva
    • Dado  .
    • Como  .
Descreva-se os elementos das classes de equivalência   para todo  .
  • Dado  
  • Assim  
  •  
  • Exemplo  

Denotamos por   o conjunto das classes de equivalência   ( Conjunto Quociente) e definimos as aplicações  , onde:

 
 
Mostre que estas operações binárias não dependem do representante de classe, isto é, se   e  , então   e  .
Prove-se as propriedades associativas e comutativas para as operações   e  , isto é:
  • A   é associativa em   se, e somente se, dados   quaisquer, teremos que  .
  • Sejam  
  • Assim  
  •  
  •  .
  •  
    • onde as duplas implicações 1,2,3,4 ocorrem pela definição em   e a dupla implicação 5 ocorre pela lei do corte e associatividade da multiplicação em  .
  • Logo a soma   em   é associativa.
  •   é associativo em   se, e somente se, dados   quaisquer, teremos que  
  • Sejam  
  • Assim  
  •  .
  •  
    • as duplas implicações 1,2,3 ocorrem pela definição em   e a dupla implicação 4 ocorre pela associatividade de   ou pela lei do corte da multiplicação em  .
  • Logo o produto   em   é associativa.
  • A soma   em   é Comutativa se, e somente se,  
  • Sejam  
  • Assim  
    • onde as igualdades 1,5 ocorrem pela definição em  , as igualdades 2,4 ocorrem pela soma   em  , a igualdade 3 é pela comutatividade em  
  • Logo a soma   em   é comutativa.
  • A multiplicação   é comutativa em   se, e somente se,  
  • Sejam  
  • Assim  
    • onde as igualdades 1,5 ocorrem por definição em  , as igualdades 2,4 ocorrem pela multiplicação   em  , a igualdade 3 pela multiplicação   em  .
  • Logo a multiplicação   em   é comutativa.
Prove a existência do elemento neutro   para a soma   em  , isto é,   para todo  .
  • Sejam  , tal que  .
  • Assim  
    • onde a dupla implicação 1 ocorre por definição em  , a dupla implicação 2 é pela definição da soma   em  , a dupla implicação 3 é pela definição de relação de equivalência   em  , as duplas implicações 4,5 ocorrem pelas leis do corte em  .
  • Assim   ou  . Como   logo  .
  • Portanto existe elemento neutro   para a soma   em  , onde  .
  • Vamos mostrar que  , assim  . Verdade.
  • Portanto  
Prove a existência do elemento neutro   para o produto   em  , isto é,   para todo  .
  • Sejam  , tal que  .
  • Assim  .
    • onde a dupla implicação 1 ocorre por definição em  , a dupla implicação 2 ocorre pela definição do produto   em  , a dupla implicação 3 ocorre pela relação de equivalência   em  , as duplas implicação 4 ocorre pela lei do corte em  .
  • Portanto existe elemento neutro para a multiplicação   em  , onde  , com  .
  • Vamos mostrar que  , assim  . Verdade.
  • Portanto  
Mostre que existe o elemento inverso para a soma  , isto é, para todo  , existe   tal que  .
  • Sejam  , tal que  .
  • Assim  .
  •  
    • onde a dupla implicação 1 ocorre por definição em  , a dupla implicação 2 é pela definição da soma   em  , a dupla implicação 3 é pela definição de relação de equivalência   em  , a dupla implicação 4 ocorre pela distributividades em   e a dupla implicação 5 ocorre pela lei do corte em  .
  • Assim  .
  • Portanto existe elemento inverso para a soma   em  , onde dado  , "-x"  .

Mostre que existe elemento inverso para a multiplicação   em  , isto é, para todo  , existe   tal que  .

  • Sejam  , tal que  .
  • Assim  .
    • onde a dupla implicação 1 ocorre por definição em  , a dupla implicação 2 é pela definição da multiplicação   em  , a dupla implicação 3 é pela definição de relação de equivalência   em   e a dupla implicação 4 ocorre pela multiplicação em  .
  • Assim  .
  • Portanto existe elemento inverso para a multiplicação   em  , onde dado  , então " "  .

Mostre que  , para todo  .

  • Sejam  , tal que  .
  • Assim  
  •  .
    • onde a dupla implicação 1 ocorre por definição em  , a dupla implicação 2 ocorre pela definição do produto   em  , as duplas implicações 3,5 ocorrem pelo produto nos inteiros, a dupla implicação 4 ocorre pela relação de equivalência   em  .
  • Como x foi tomado de modo arbitrário em  , logo  , para todo  
Mostre em  , se  , então  . Esta propriedade diz que   não possui divisores de zero.
  • Sejam  , tal que  .
  • Assim  .
    • onde a dupla implicação 1 ocorre por definição em  , a dupla implicação 2 ocorre pela definição do produto   em  , a dupla implicação 3 ocorre pela relação de equivalência   em  , a dupla implicação 4 ocorre pelo produto nos inteiros.
  • Vamos usar na equação   a tricotomia sobre a e c, onde:  
  • Caso a<c, existe um inteiro k tal que  . Assim  .
    • Assim  . Logo  
      • onde a dupla implicação 5 ocorre pela desigualdade dos inteiros, onde a dupla implicação 6 ocorre pela distributiva, pelo inverso aditivo e elemento neutro da soma dos inteiros, onde as duplas implicações 7,8 ocorrem pela lei do corte nos inteiros, a dupla implicação 9 ocorre pela substituição do valor de "a" e a dupla implicação 10 ocorre pelo inverso aditivo e elemento neutro da soma dos inteiros.
  • Caso c<a, analogamente teríamos  
  • Caso c=a, suponhamos por contradição que  
    • Caso   Absurdo, pois tinhamos que ac=0
    • Caso   Absurdo, pois tinhamos que ac=0.
    • Logo  
  • Portanto  .

9. Sejam o subconjunto   e a aplicação  , definida por  .

(a1) Mostre que   é injetivo.
  •   é injetivo se, e somente se,  .
  • Mas por definição de  
  • Tomando  .
  • Portanto   é injetivo.
(a2) Mostre que  .
  •   se, e somente se,  .
  • Vamos mostrar que  . Tome  . Como  , logo  .
  • Suponha que  . Tome  , para algum  . Mas  .
  • Portanto,  .
(b1) Mostre que  
  •  . Como  
  • Logo  .
  • Dados  , logo  .
  • Assim  
(b2) Mostre que   .
  •  . Como  
  • Logo  .
  • Dados  , logo  .
  • Assim  

Conclusão: Estas propriedades mostram que   e  são isomorfos, isto é, idênticos como estrutura algébrica.

Em   define-se a operação quociente de racionais   por:  , onde   é o inverso multiplicativo de y. Verifique-se,   .

Mostre que a equação   tem solução em  , calcule-se a solução em  .
  • Considere que  , logo  , para algum  .
  • Assim  
  • Pela questão 6 temos que  , logo  .
  • Mas  

11. Seja a classe   tal que  , verifique que, se   então  . Seja o subconjunto  . Mostre que D é um cone positivo para  , isto é, satisfaz:

  • (a) Se  , então   e  
  • (b) Os subconjuntos   e   são disjuntos dois a dois.
  • (c)  .

12. A existência de um cone positivo numa estrutura algébrica, permite definir uma relação de ordem no conjunto numérico, por exemplo em  , definimos a relação de ordem:

  .

Equivalentemente denota-se também por  . Prove que   satisfaz as seguintes propriedades:

  • i)  , para  .
  • ii) Se  , então  .
  • iii) Se   e  , então  
Mostre-se que, se  , então </math>x^2 = x \otimes x \in D.</math>
Mostre-se que a equação  , não tem solução em