Relaciones – Página 3

Las clases de equivalencia contienen a las clases de equivalencia de sus elementos

PorJosé A. Alonso 3 octubre 20212 octubre 2021

Este ejercicio es el 4º de una serie cuyo objetivo es demostrar que el tipo de las particiones de un conjunto X es isomorfo al tipo de las relaciones de equivalencia sobre X.

Los anteriores son
1. Igualdad de bloques de una partición cuando tienen elementos comunes.
2. Pertenencia a bloques de una partición con elementos comunes.
3. Pertenencia a su propia clase de equivalencia.

El ejercicio consiste en demostrar que si C es una clase de equivalencia y a ∈ C, entonces la clase de equivalencia de a está contenida en C.

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean:

import tactic

variable {A : Type}
variable (R : A → A → Prop)

def clase (a : A) :=
  {b : A | R b a}

example
  {hR: equivalence R}
  {a b : A}
  : a ∈ clase R b → clase R a ⊆ clase R b :=
sorry

import tactic

variable {A : Type}

variable (R : A → A → Prop)

def clase (a : A) :=

{b : A | R b a}

example

{hR: equivalence R}

{a b : A}

: a ∈ clase R b → clase R a ⊆ clase R b :=

sorry

[expand title=»Soluciones con Lean»]

import tactic

variable {A : Type}
variable (R : A → A → Prop)

def clase (a : A) :=
  {b : A | R b a}

-- Se usará el siguiente lema auxiliar
lemma pertenece_clase_syss
  {a b : A}
  : b ∈ clase R a ↔ R b a :=
by refl

-- 1ª demostración
example
  {hR: equivalence R}
  {a b : A}
  : a ∈ clase R b → clase R a ⊆ clase R b :=
begin
  intro hab,
  intros z hza,
  rw pertenece_clase_syss at hab hza ⊢,
  obtain ⟨-, -, htrans⟩ := hR,
  exact htrans hza hab,
end

-- 2ª demostración
example
  {hR: equivalence R}
  {a b : A}
  : a ∈ clase R b → clase R a ⊆ clase R b :=
begin
  intros hab z hza,
  exact hR.2.2 hza hab,
end

-- 3ª demostración
lemma subclase_si_pertenece
  {hR: equivalence R}
  {a b : A}
  : a ∈ clase R b → clase R a ⊆ clase R b :=
λ hab z hza, hR.2.2 hza hab

import tactic

variable {A : Type}

variable (R : A → A → Prop)

def clase (a : A) :=

{b : A | R b a}

-- Se usará el siguiente lema auxiliar

lemma pertenece_clase_syss

{a b : A}

: b ∈ clase R a ↔ R b a :=

by refl

-- 1ª demostración

example

{hR: equivalence R}

{a b : A}

: a ∈ clase R b → clase R a ⊆ clase R b :=

begin

intro hab,

intros z hza,

rw pertenece_clase_syss at hab hza ⊢,

obtain ⟨-, -, htrans⟩ := hR,

exact htrans hza hab,

end

-- 2ª demostración

example

{hR: equivalence R}

{a b : A}

: a ∈ clase R b → clase R a ⊆ clase R b :=

begin

intros hab z hza,

exact hR.2.2 hza hab,

end

-- 3ª demostración

lemma subclase_si_pertenece

{hR: equivalence R}

{a b : A}

: a ∈ clase R b → clase R a ⊆ clase R b :=

λ hab z hza, hR.2.2 hza hab

Se puede interactuar con la prueba anterior en esta sesión con Lean.

En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="lean"> y otra con </pre>
[/expand]

Pertenencia a su propia clase de equivalencia

PorJosé A. Alonso 2 octubre 20212 octubre 2021

Este ejercicio es el 3º de una serie cuyo objetivo es demostrar que el tipo de las particiones de un conjunto X es isomorfo al tipo de las relaciones de equivalencia sobre X.

Los anteriores son
1. Igualdad de bloques de una partición cuando tienen elementos comunes.
2. Pertenencia a bloques de una partición con elementos comunes.

En este empezamos con las relaciones de equivalencia, que están definidas en Lean por:

   reflexive R := ∀ (x : A), R x x
   symmetric R := ∀ ⦃x y : A⦄, R x y → R y x
   transitive R := ∀ ⦃x y z : A⦄, R x y → R y z → R x z
   equivalence R := reflexive R ∧ symmetric R ∧ transitive R

reflexive R := ∀ (x : A), R x x

symmetric R := ∀ ⦃x y : A⦄, R x y → R y x

transitive R := ∀ ⦃x y z : A⦄, R x y → R y z → R x z

equivalence R := reflexive R ∧ symmetric R ∧ transitive R

donde A un tipo y R: A → A → Prop es una relación binaria en A.

Además, en Lean se puede definir la clase de equivalencia de un elemento a respecto de una relación de equivalencia R por

   def clase (a : A) :=
     {b : A | R b a}

1 2	def clase (a : A) := {b : A \| R b a}

Demostrar que cada elemento pertenece a su clase de equivalencia.

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean:

import tactic

variable {A : Type}
variable (R : A → A → Prop)

def clase (a : A) :=
  {b : A | R b a}

example
  {hR : equivalence R}
  (a : A)
  : a ∈ clase R a :=
sorry

import tactic

variable {A : Type}

variable (R : A → A → Prop)

def clase (a : A) :=

{b : A | R b a}

example

{hR : equivalence R}

(a : A)

: a ∈ clase R a :=

sorry

[expand title=»Soluciones con Lean»]

import tactic

variable {A : Type}
variable (R : A → A → Prop)

def clase (a : A) :=
  {b : A | R b a}

-- Se usará el siguiente lema auxiliar
lemma pertenece_clase_syss
  {a b : A}
  : b ∈ clase R a ↔ R b a :=
by refl

-- 1ª demostración
example
  {hR : equivalence R}
  (a : A)
  : a ∈ clase R a :=
begin
  rw pertenece_clase_syss,
  suffices h : reflexive R,
  { exact h a, },
  { rcases hR with ⟨h2, -, -⟩,
    exact h2, },
end

-- 1ª demostración
example
  {hR : equivalence R}
  (a : A)
  : a ∈ clase R a :=
begin
  rw pertenece_clase_syss,
  suffices h : reflexive R,
  { exact h a, },
  { exact hR.1, },
end

-- 3ª demostración
example
  {hR : equivalence R}
  (a : A)
  : a ∈ clase R a :=
begin
  rw pertenece_clase_syss,
  rcases hR with ⟨hrefl, -, -⟩,
  exact hrefl a,
end

-- 4ª demostración
example
  {hR : equivalence R}
  (a : A)
  : a ∈ clase R a :=
begin
  obtain ⟨hrefl, -, -⟩ := hR,
  rw pertenece_clase_syss,
  apply hrefl,
end

-- 5ª demostración
example
  {hR : equivalence R}
  (a : A)
  : a ∈ clase R a :=
begin
  rw pertenece_clase_syss,
  apply hR.1,
end

-- 6ª demostración
lemma pertenece_clase_propia
  {hR : equivalence R}
  (a : A)
  : a ∈ clase R a :=
(pertenece_clase_syss R).mpr (hR.1 a)

import tactic

variable {A : Type}

variable (R : A → A → Prop)

def clase (a : A) :=

{b : A | R b a}

-- Se usará el siguiente lema auxiliar

lemma pertenece_clase_syss

{a b : A}

: b ∈ clase R a ↔ R b a :=

by refl

-- 1ª demostración

example

{hR : equivalence R}

(a : A)

: a ∈ clase R a :=

begin

rw pertenece_clase_syss,

suffices h : reflexive R,

{ exact h a, },

{ rcases hR with ⟨h2, -, -⟩,

exact h2, },

end

-- 1ª demostración

example

{hR : equivalence R}

(a : A)

: a ∈ clase R a :=

begin

rw pertenece_clase_syss,

suffices h : reflexive R,

{ exact h a, },

{ exact hR.1, },

end

-- 3ª demostración

example

{hR : equivalence R}

(a : A)

: a ∈ clase R a :=

begin

rw pertenece_clase_syss,

rcases hR with ⟨hrefl, -, -⟩,

exact hrefl a,

end

-- 4ª demostración

example

{hR : equivalence R}

(a : A)

: a ∈ clase R a :=

begin

obtain ⟨hrefl, -, -⟩ := hR,

rw pertenece_clase_syss,

apply hrefl,

end

-- 5ª demostración

example

{hR : equivalence R}

(a : A)

: a ∈ clase R a :=

begin

rw pertenece_clase_syss,

apply hR.1,

end

-- 6ª demostración

lemma pertenece_clase_propia

{hR : equivalence R}

(a : A)

: a ∈ clase R a :=

(pertenece_clase_syss R).mpr (hR.1 a)

Se puede interactuar con la prueba anterior en esta sesión con Lean.

En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="lean"> y otra con </pre>
[/expand]

Las particiones definen relaciones de equivalencia

PorJosé A. Alonso 28 agosto 202123 agosto 2021

Cada familia de conjuntos P define una relación de forma que dos elementos están relacionados si algún conjunto de P contiene a ambos elementos. Se puede definir en Lean por

   def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=
     ∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

1 2	def relacion (P : set (set X)) (x y : X) := ∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

Una familia de subconjuntos de X es una partición de X si cada elemento de X pertenece a un único conjunto de P y todos los elementos de P son no vacíos. Se puede definir en Lean por

   def particion (P : set (set X)) : Prop :=
     (∀ x, (∃ B ∈ P, x ∈ B ∧ ∀ C ∈ P, x ∈ C → B = C)) ∧ ∅ ∉ P

1 2	def particion (P : set (set X)) : Prop := (∀ x, (∃ B ∈ P, x ∈ B ∧ ∀ C ∈ P, x ∈ C → B = C)) ∧ ∅ ∉ P

Demostrar que si P es una partición de X, entonces la relación definida por P es una relación de equivalencia.

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean:

import tactic

variable {X : Type}
variable (P : set (set X))

def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=
  ∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

def particion (P : set (set X)) : Prop :=
  (∀ x, (∃ B ∈ P, x ∈ B ∧ ∀ C ∈ P, x ∈ C → B = C)) ∧ ∅ ∉ P

example
  (h : particion P)
  : equivalence (relacion P) :=
sorry

import tactic

variable {X : Type}

variable (P : set (set X))

def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=

∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

def particion (P : set (set X)) : Prop :=

(∀ x, (∃ B ∈ P, x ∈ B ∧ ∀ C ∈ P, x ∈ C → B = C)) ∧ ∅ ∉ P

example

(h : particion P)

: equivalence (relacion P) :=

sorry

[expand title=»Soluciones con Lean»]

import tactic

variable {X : Type}
variable (P : set (set X))

def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=
  ∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

def particion (P : set (set X)) : Prop :=
  (∀ x, (∃ B ∈ P, x ∈ B ∧ ∀ C ∈ P, x ∈ C → B = C)) ∧ ∅ ∉ P

example
  (h : particion P)
  : equivalence (relacion P) :=
begin
  repeat { split },
  { intro x,
    rcases (h.1 x) with ⟨A, hAP, hxA, -⟩,
    use [A, ⟨hAP, hxA, hxA⟩], },
  { intros x y hxy,
    rcases hxy with ⟨B, hBP, ⟨hxB, hyB⟩⟩,
    use [B, ⟨hBP, hyB, hxB⟩], },
  { rintros x y z ⟨B1,hB1P,hxB1,hyB1⟩ ⟨B2,hB2P,hyB2,hzB2⟩,
    use B1,
    repeat { split },
    { exact hB1P, },
    { exact hxB1, },
    { convert hzB2,
      rcases (h.1 y) with ⟨B, -, -, hB⟩,
      exact eq.trans (hB B1 hB1P hyB1).symm (hB B2 hB2P hyB2), }},
end

import tactic

variable {X : Type}

variable (P : set (set X))

def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=

∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

def particion (P : set (set X)) : Prop :=

(∀ x, (∃ B ∈ P, x ∈ B ∧ ∀ C ∈ P, x ∈ C → B = C)) ∧ ∅ ∉ P

example

(h : particion P)

: equivalence (relacion P) :=

begin

repeat { split },

{ intro x,

rcases (h.1 x) with ⟨A, hAP, hxA, -⟩,

use [A, ⟨hAP, hxA, hxA⟩], },

{ intros x y hxy,

rcases hxy with ⟨B, hBP, ⟨hxB, hyB⟩⟩,

use [B, ⟨hBP, hyB, hxB⟩], },

{ rintros x y z ⟨B1,hB1P,hxB1,hyB1⟩ ⟨B2,hB2P,hyB2,hzB2⟩,

use B1,

repeat { split },

{ exact hB1P, },

{ exact hxB1, },

{ convert hzB2,

rcases (h.1 y) with ⟨B, -, -, hB⟩,

exact eq.trans (hB B1 hB1P hyB1).symm (hB B2 hB2P hyB2), }},

end

Se puede interactuar con la prueba anterior en esta sesión con Lean.

En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="lean"> y otra con </pre>
[/expand]

[expand title=»Soluciones con Isabelle/HOL»]

theory Las_particiones_definen_relaciones_de_equivalencia
imports Main
begin

definition relacion :: "('a set) set ⇒ 'a ⇒ 'a ⇒ bool" where
  "relacion P x y ⟷ (∃A∈P. x ∈ A ∧ y ∈ A)"

definition particion :: "('a set) set ⇒ bool" where
  "particion P ⟷ (∀x. (∃B∈P. x ∈ B ∧ (∀C∈P. x ∈ C ⟶ B = C))) ∧ {} ∉ P"

(* 1ª demostración *)
lemma
  assumes "particion P"
  shows   "equivp (relacion P)"
proof (rule equivpI)
  show "reflp (relacion P)"
  proof (rule reflpI)
    fix x
    obtain A where "A ∈ P ∧ x ∈ A"
      using assms particion_def by metis
    then show "relacion P x x"
      using relacion_def by metis
  qed
next
  show "symp (relacion P)"
  proof (rule sympI)
    fix x y
    assume "relacion P x y"
    then obtain A where "A ∈ P ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A"
      using relacion_def by metis
    then show "relacion P y x"
      using relacion_def by metis
  qed
next
  show "transp (relacion P)"
  proof (rule transpI)
    fix x y z
    assume "relacion P x y" and "relacion P y z"
    obtain A where "A ∈ P" and hA : "x ∈ A ∧ y ∈ A"
      using ‹relacion P x y› by (meson relacion_def)
    obtain B where "B ∈ P" and hB : "y ∈ B ∧ z ∈ B"
      using ‹relacion P y z› by (meson relacion_def)
    have "A = B"
    proof -
      obtain C where "C ∈ P"
                 and hC : "y ∈ C ∧ (∀D∈P. y ∈ D ⟶ C = D)"
        using assms particion_def by metis
      then show "A = B"
        using ‹A ∈ P› ‹B ∈ P› hA hB by blast
    qed
    then have "x ∈ A ∧ z ∈ A"  using hA hB by auto
    then show "relacion P x z"
      using ‹A = B› ‹A ∈ P› relacion_def by metis
  qed
qed

(* 2ª demostración *)
lemma
  assumes "particion P"
  shows   "equivp (relacion P)"
proof (rule equivpI)
  show "reflp (relacion P)"
    using assms particion_def relacion_def
    by (metis reflpI)
next
  show "symp (relacion P)"
    using assms relacion_def
    by (metis sympI)
next
  show "transp (relacion P)"
    using assms relacion_def particion_def
    by (smt (verit) transpI)
qed

end

theory Las_particiones_definen_relaciones_de_equivalencia

imports Main

begin

definition relacion :: "('a set) set ⇒ 'a ⇒ 'a ⇒ bool" where

"relacion P x y ⟷ (∃A∈P. x ∈ A ∧ y ∈ A)"

definition particion :: "('a set) set ⇒ bool" where

"particion P ⟷ (∀x. (∃B∈P. x ∈ B ∧ (∀C∈P. x ∈ C ⟶ B = C))) ∧ {} ∉ P"

(* 1ª demostración *)

lemma

assumes "particion P"

shows "equivp (relacion P)"

proof (rule equivpI)

show "reflp (relacion P)"

proof (rule reflpI)

fix x

obtain A where "A ∈ P ∧ x ∈ A"

using assms particion_def by metis

then show "relacion P x x"

using relacion_def by metis

qed

show "symp (relacion P)"

proof (rule sympI)

fix x y

assume "relacion P x y"

then obtain A where "A ∈ P ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A"

using relacion_def by metis

then show "relacion P y x"

using relacion_def by metis

qed

show "transp (relacion P)"

proof (rule transpI)

fix x y z

assume "relacion P x y" and "relacion P y z"

obtain A where "A ∈ P" and hA : "x ∈ A ∧ y ∈ A"

using ‹relacion P x y› by (meson relacion_def)

obtain B where "B ∈ P" and hB : "y ∈ B ∧ z ∈ B"

using ‹relacion P y z› by (meson relacion_def)

have "A = B"

proof -

obtain C where "C ∈ P"

and hC : "y ∈ C ∧ (∀D∈P. y ∈ D ⟶ C = D)"

using assms particion_def by metis

then show "A = B"

using ‹A ∈ P› ‹B ∈ P› hA hB by blast

qed

then have "x ∈ A ∧ z ∈ A" using hA hB by auto

then show "relacion P x z"

using ‹A = B› ‹A ∈ P› relacion_def by metis

qed

(* 2ª demostración *)

lemma

assumes "particion P"

shows "equivp (relacion P)"

proof (rule equivpI)

show "reflp (relacion P)"

using assms particion_def relacion_def

by (metis reflpI)

show "symp (relacion P)"

using assms relacion_def

by (metis sympI)

show "transp (relacion P)"

using assms relacion_def particion_def

by (smt (verit) transpI)

qed

end

En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="isar"> y otra con </pre>
[/expand]

Las particiones definen relaciones transitivas

PorJosé A. Alonso 27 agosto 202121 agosto 2021

Cada familia de conjuntos P define una relación de forma que dos elementos están relacionados si algún conjunto de P contiene a ambos elementos. Se puede definir en Lean por

   def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=
     ∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

1 2	def relacion (P : set (set X)) (x y : X) := ∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

Una familia de subconjuntos de X es una partición de X si cada de X pertenece a un único conjunto de P y todos los elementos de P son no vacíos. Se puede definir en Lean por

   def particion (P : set (set X)) : Prop :=
     (∀ x, (∃ B ∈ P, x ∈ B ∧ ∀ C ∈ P, x ∈ C → B = C)) ∧ ∅ ∉ P

1 2	def particion (P : set (set X)) : Prop := (∀ x, (∃ B ∈ P, x ∈ B ∧ ∀ C ∈ P, x ∈ C → B = C)) ∧ ∅ ∉ P

Demostrar que si P es una partición de X, entonces la relación definida por P es transitiva.

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean:

import tactic

variable {X : Type}
variable (P : set (set X))

def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=
  ∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

def particion (P : set (set X)) : Prop :=
  (∀ x, (∃ B ∈ P, x ∈ B ∧ ∀ C ∈ P, x ∈ C → B = C)) ∧ ∅ ∉ P

example
  (h : particion P)
  : transitive (relacion P) :=
sorry

import tactic

variable {X : Type}

variable (P : set (set X))

def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=

∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

def particion (P : set (set X)) : Prop :=

(∀ x, (∃ B ∈ P, x ∈ B ∧ ∀ C ∈ P, x ∈ C → B = C)) ∧ ∅ ∉ P

example

(h : particion P)

: transitive (relacion P) :=

sorry

[expand title=»Soluciones con Lean»]

import tactic

variable {X : Type}
variable (P : set (set X))

def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=
  ∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

def particion (P : set (set X)) : Prop :=
  (∀ x, (∃ B ∈ P, x ∈ B ∧ ∀ C ∈ P, x ∈ C → B = C)) ∧ ∅ ∉ P

-- 1ª demostración
example
  (h : particion P)
  : transitive (relacion P) :=
begin
  unfold transitive,
  intros x y z h1 h2,
  unfold relacion at *,
  rcases h1 with ⟨B1, hB1P, hxB1, hyB1⟩,
  rcases h2 with ⟨B2, hB2P, hyB2, hzB2⟩,
  use B1,
  repeat { split },
  { exact hB1P, },
  { exact hxB1, },
  { convert hzB2,
    rcases (h.1 y) with ⟨B, -, -, hB⟩,
    have hBB1 : B = B1 := hB B1 hB1P hyB1,
    have hBB2 : B = B2 := hB B2 hB2P hyB2,
    exact eq.trans hBB1.symm hBB2, },
end

-- 2ª demostración
example
  (h : particion P)
  : transitive (relacion P) :=
begin
  rintros x y z ⟨B1,hB1P,hxB1,hyB1⟩ ⟨B2,hB2P,hyB2,hzB2⟩,
  use B1,
  repeat { split },
  { exact hB1P, },
  { exact hxB1, },
  { convert hzB2,
    rcases (h.1 y) with ⟨B, -, -, hB⟩,
    exact eq.trans (hB B1 hB1P hyB1).symm (hB B2 hB2P hyB2), },
end

-- 3ª demostración
example
  (h : particion P)
  : transitive (relacion P) :=
begin
  rintros x y z ⟨B1,hB1P,hxB1,hyB1⟩ ⟨B2,hB2P,hyB2,hzB2⟩,
  use [B1, ⟨hB1P,
            hxB1,
            by { convert hzB2,
                 rcases (h.1 y) with ⟨B, -, -, hB⟩,
                 exact eq.trans (hB B1 hB1P hyB1).symm
                                (hB B2 hB2P hyB2), }⟩],
end

import tactic

variable {X : Type}

variable (P : set (set X))

def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=

∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

def particion (P : set (set X)) : Prop :=

(∀ x, (∃ B ∈ P, x ∈ B ∧ ∀ C ∈ P, x ∈ C → B = C)) ∧ ∅ ∉ P

-- 1ª demostración

example

(h : particion P)

: transitive (relacion P) :=

begin

unfold transitive,

intros x y z h1 h2,

unfold relacion at *,

rcases h1 with ⟨B1, hB1P, hxB1, hyB1⟩,

rcases h2 with ⟨B2, hB2P, hyB2, hzB2⟩,

use B1,

repeat { split },

{ exact hB1P, },

{ exact hxB1, },

{ convert hzB2,

rcases (h.1 y) with ⟨B, -, -, hB⟩,

have hBB1 : B = B1 := hB B1 hB1P hyB1,

have hBB2 : B = B2 := hB B2 hB2P hyB2,

exact eq.trans hBB1.symm hBB2, },

end

-- 2ª demostración

example

(h : particion P)

: transitive (relacion P) :=

begin

rintros x y z ⟨B1,hB1P,hxB1,hyB1⟩ ⟨B2,hB2P,hyB2,hzB2⟩,

use B1,

repeat { split },

{ exact hB1P, },

{ exact hxB1, },

{ convert hzB2,

rcases (h.1 y) with ⟨B, -, -, hB⟩,

exact eq.trans (hB B1 hB1P hyB1).symm (hB B2 hB2P hyB2), },

end

-- 3ª demostración

example

(h : particion P)

: transitive (relacion P) :=

begin

rintros x y z ⟨B1,hB1P,hxB1,hyB1⟩ ⟨B2,hB2P,hyB2,hzB2⟩,

use [B1, ⟨hB1P,

hxB1,

by { convert hzB2,

rcases (h.1 y) with ⟨B, -, -, hB⟩,

exact eq.trans (hB B1 hB1P hyB1).symm

(hB B2 hB2P hyB2), }⟩],

end

Se puede interactuar con la prueba anterior en esta sesión con Lean.

En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="lean"> y otra con </pre>
[/expand]

[expand title=»Soluciones con Isabelle/HOL»]

theory Las_particiones_definen_relaciones_transitivas
imports Main
begin

definition relacion :: "('a set) set ⇒ 'a ⇒ 'a ⇒ bool" where
  "relacion P x y ⟷ (∃A∈P. x ∈ A ∧ y ∈ A)"

definition particion :: "('a set) set ⇒ bool" where
  "particion P ⟷ (∀x. (∃B∈P. x ∈ B ∧ (∀C∈P. x ∈ C ⟶ B = C))) ∧ {} ∉ P"

(* 1ª demostración *)
lemma
  assumes "particion P"
  shows   "transp (relacion P)"
proof (rule transpI)
  fix x y z
  assume "relacion P x y" and "relacion P y z"
  have "∃A∈P. x ∈ A ∧ y ∈ A"
    using ‹relacion P x y›
    by (simp only: relacion_def)
  then obtain A where "A ∈ P" and hA : "x ∈ A ∧ y ∈ A"
    by (rule bexE)
  have "∃B∈P. y ∈ B ∧ z ∈ B"
    using ‹relacion P y z›
    by (simp only: relacion_def)
  then obtain B where "B ∈ P" and hB : "y ∈ B ∧ z ∈ B"
    by (rule bexE)
  have "A = B"
  proof -
    have "∃C ∈ P. y ∈ C ∧ (∀D∈P. y ∈ D ⟶ C = D)"
      using assms
      by (simp only: particion_def)
    then obtain C where "C ∈ P"
                    and hC : "y ∈ C ∧ (∀D∈P. y ∈ D ⟶ C = D)"
      by (rule bexE)
    have hC' : "∀D∈P. y ∈ D ⟶ C = D"
      using hC by (rule conjunct2)
    have "C = A"
      using ‹A ∈ P› hA hC' by simp
    moreover have "C = B"
      using ‹B ∈ P› hB hC by simp
    ultimately show "A = B"
      by (rule subst)
  qed
  then have "x ∈ A ∧ z ∈ A"
    using hA hB by simp
  then have "∃A∈P. x ∈ A ∧ z ∈ A"
    using ‹A ∈ P› by (rule bexI)
  then show "relacion P x z"
    using ‹A = B› ‹A ∈ P›
    by (unfold relacion_def)
qed

(* 2ª demostración *)
lemma
  assumes "particion P"
  shows   "transp (relacion P)"
proof (rule transpI)
  fix x y z
  assume "relacion P x y" and "relacion P y z"
  obtain A where "A ∈ P" and hA : "x ∈ A ∧ y ∈ A"
    using ‹relacion P x y›
    by (meson relacion_def)
  obtain B where "B ∈ P" and hB : "y ∈ B ∧ z ∈ B"
    using ‹relacion P y z›
    by (meson relacion_def)
  have "A = B"
  proof -
    obtain C where "C ∈ P" and hC : "y ∈ C ∧ (∀D∈P. y ∈ D ⟶ C = D)"
      using assms particion_def
      by metis
    have "C = A"
      using ‹A ∈ P› hA hC by auto
    moreover have "C = B"
      using ‹B ∈ P› hB hC by auto
    ultimately show "A = B"
      by simp
  qed
  then have "x ∈ A ∧ z ∈ A"
    using hA hB by auto
  then show "relacion P x z"
    using ‹A = B› ‹A ∈ P› relacion_def
    by metis
qed

(* 3ª demostración *)
lemma
  assumes "particion P"
  shows   "transp (relacion P)"
  using assms particion_def relacion_def
  by (smt (verit) transpI)

end

theory Las_particiones_definen_relaciones_transitivas

imports Main

begin

definition relacion :: "('a set) set ⇒ 'a ⇒ 'a ⇒ bool" where

"relacion P x y ⟷ (∃A∈P. x ∈ A ∧ y ∈ A)"

definition particion :: "('a set) set ⇒ bool" where

"particion P ⟷ (∀x. (∃B∈P. x ∈ B ∧ (∀C∈P. x ∈ C ⟶ B = C))) ∧ {} ∉ P"

(* 1ª demostración *)

lemma

assumes "particion P"

shows "transp (relacion P)"

proof (rule transpI)

fix x y z

assume "relacion P x y" and "relacion P y z"

have "∃A∈P. x ∈ A ∧ y ∈ A"

using ‹relacion P x y›

by (simp only: relacion_def)

then obtain A where "A ∈ P" and hA : "x ∈ A ∧ y ∈ A"

by (rule bexE)

have "∃B∈P. y ∈ B ∧ z ∈ B"

using ‹relacion P y z›

by (simp only: relacion_def)

then obtain B where "B ∈ P" and hB : "y ∈ B ∧ z ∈ B"

by (rule bexE)

have "A = B"

proof -

have "∃C ∈ P. y ∈ C ∧ (∀D∈P. y ∈ D ⟶ C = D)"

using assms

by (simp only: particion_def)

then obtain C where "C ∈ P"

and hC : "y ∈ C ∧ (∀D∈P. y ∈ D ⟶ C = D)"

by (rule bexE)

have hC' : "∀D∈P. y ∈ D ⟶ C = D"

using hC by (rule conjunct2)

have "C = A"

using ‹A ∈ P› hA hC' by simp

moreover have "C = B"

using ‹B ∈ P› hB hC by simp

ultimately show "A = B"

by (rule subst)

qed

then have "x ∈ A ∧ z ∈ A"

using hA hB by simp

then have "∃A∈P. x ∈ A ∧ z ∈ A"

using ‹A ∈ P› by (rule bexI)

then show "relacion P x z"

using ‹A = B› ‹A ∈ P›

by (unfold relacion_def)

qed

(* 2ª demostración *)

lemma

assumes "particion P"

shows "transp (relacion P)"

proof (rule transpI)

fix x y z

assume "relacion P x y" and "relacion P y z"

obtain A where "A ∈ P" and hA : "x ∈ A ∧ y ∈ A"

using ‹relacion P x y›

by (meson relacion_def)

obtain B where "B ∈ P" and hB : "y ∈ B ∧ z ∈ B"

using ‹relacion P y z›

by (meson relacion_def)

have "A = B"

proof -

obtain C where "C ∈ P" and hC : "y ∈ C ∧ (∀D∈P. y ∈ D ⟶ C = D)"

using assms particion_def

by metis

have "C = A"

using ‹A ∈ P› hA hC by auto

moreover have "C = B"

using ‹B ∈ P› hB hC by auto

ultimately show "A = B"

by simp

qed

then have "x ∈ A ∧ z ∈ A"

using hA hB by auto

then show "relacion P x z"

using ‹A = B› ‹A ∈ P› relacion_def

by metis

qed

(* 3ª demostración *)

lemma

assumes "particion P"

shows "transp (relacion P)"

using assms particion_def relacion_def

by (smt (verit) transpI)

end

En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="isar"> y otra con </pre>
[/expand]

Las familias de conjuntos definen relaciones simétricas

PorJosé A. Alonso 26 agosto 202121 agosto 2021

Cada familia de conjuntos P define una relación de forma que dos elementos están relacionados si algún conjunto de P contiene a ambos elementos. Se puede definir en Lean por

   def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=
     ∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

1 2	def relacion (P : set (set X)) (x y : X) := ∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

Demostrar que si P es una familia de subconjunt❙os de X, entonces la relación definida por P es simétrica.

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean:

import tactic

variable {X : Type}
variable (P : set (set X))

def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=
  ∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

example : symmetric (relacion P) :=
sorry

import tactic

variable {X : Type}

variable (P : set (set X))

def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=

∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

example : symmetric (relacion P) :=

sorry

[expand title=»Soluciones con Lean»]

import tactic

variable {X : Type}
variable (P : set (set X))

def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=
  ∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

-- 1ª demostración
example : symmetric (relacion P) :=
begin
  unfold symmetric,
  intros x y hxy,
  unfold relacion at *,
  rcases hxy with ⟨B, hBP, ⟨hxB, hyB⟩⟩,
  use B,
  repeat { split },
  { exact hBP, },
  { exact hyB, },
  { exact hxB, },
end

-- 2ª demostración
example : symmetric (relacion P) :=
begin
  intros x y hxy,
  rcases hxy with ⟨B, hBP, ⟨hxB, hyB⟩⟩,
  use B,
  repeat { split } ;
  assumption,
end

-- 3ª demostración
example : symmetric (relacion P) :=
begin
  intros x y hxy,
  rcases hxy with ⟨B, hBP, ⟨hxB, hyB⟩⟩,
  use [B, ⟨hBP, hyB, hxB⟩],
end

import tactic

variable {X : Type}

variable (P : set (set X))

def relacion (P : set (set X)) (x y : X) :=

∃ A ∈ P, x ∈ A ∧ y ∈ A

-- 1ª demostración

example : symmetric (relacion P) :=

begin

unfold symmetric,

intros x y hxy,

unfold relacion at *,

rcases hxy with ⟨B, hBP, ⟨hxB, hyB⟩⟩,

use B,

repeat { split },

{ exact hBP, },

{ exact hyB, },

{ exact hxB, },

end

-- 2ª demostración

example : symmetric (relacion P) :=

begin

intros x y hxy,

rcases hxy with ⟨B, hBP, ⟨hxB, hyB⟩⟩,

use B,

repeat { split } ;

assumption,

end

-- 3ª demostración

example : symmetric (relacion P) :=

begin

intros x y hxy,

rcases hxy with ⟨B, hBP, ⟨hxB, hyB⟩⟩,

use [B, ⟨hBP, hyB, hxB⟩],

end

Se puede interactuar con la prueba anterior en esta sesión con Lean.

En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="lean"> y otra con </pre>
[/expand]

[expand title=»Soluciones con Isabelle/HOL»]

theory Las_familias_de_conjuntos_definen_relaciones_simetricas
imports Main
begin

definition relacion :: "('a set) set ⇒ 'a ⇒ 'a ⇒ bool" where
  "relacion P x y ⟷ (∃A∈P. x ∈ A ∧ y ∈ A)"

(* 1ª demostración *)
lemma "symp (relacion P)"
proof (rule sympI)
  fix x y
  assume "relacion P x y"
  then have "∃A∈P. x ∈ A ∧ y ∈ A"
    by (unfold relacion_def)
  then have "∃A∈P. y ∈ A ∧ x ∈ A"
  proof (rule bexE)
    fix A
    assume hA1 : "A ∈ P" and hA2 : "x ∈ A ∧ y ∈ A"
    have "y ∈ A ∧ x ∈ A"
      using hA2 by (simp only: conj_commute)
    then show "∃A∈P. y ∈ A ∧ x ∈ A"
      using hA1 by (rule bexI)
  qed
  then show "relacion P y x"
    by (unfold relacion_def)
qed

(* 2ª demostración *)
lemma "symp (relacion P)"
proof (rule sympI)
  fix x y
  assume "relacion P x y"
  then obtain A where "A ∈ P ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A"
    using relacion_def
    by metis
  then show "relacion P y x"
    using relacion_def
    by metis
qed

(* 3ª demostración *)
lemma "symp (relacion P)"
  using relacion_def
  by (metis sympI)

end

theory Las_familias_de_conjuntos_definen_relaciones_simetricas

imports Main

begin

definition relacion :: "('a set) set ⇒ 'a ⇒ 'a ⇒ bool" where

"relacion P x y ⟷ (∃A∈P. x ∈ A ∧ y ∈ A)"

(* 1ª demostración *)

lemma "symp (relacion P)"

proof (rule sympI)

fix x y

assume "relacion P x y"

then have "∃A∈P. x ∈ A ∧ y ∈ A"

by (unfold relacion_def)

then have "∃A∈P. y ∈ A ∧ x ∈ A"

proof (rule bexE)

fix A

assume hA1 : "A ∈ P" and hA2 : "x ∈ A ∧ y ∈ A"

have "y ∈ A ∧ x ∈ A"

using hA2 by (simp only: conj_commute)

then show "∃A∈P. y ∈ A ∧ x ∈ A"

using hA1 by (rule bexI)

qed

then show "relacion P y x"

by (unfold relacion_def)

qed

(* 2ª demostración *)

lemma "symp (relacion P)"

proof (rule sympI)

fix x y

assume "relacion P x y"

then obtain A where "A ∈ P ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A"

using relacion_def

by metis

then show "relacion P y x"

using relacion_def

by metis

qed

(* 3ª demostración *)

lemma "symp (relacion P)"

using relacion_def

by (metis sympI)

end

En los comentarios se pueden escribir otras soluciones, escribiendo el código entre una línea con <pre lang="isar"> y otra con </pre>
[/expand]