L.apply – Página 2

El conjunto de las clases de equivalencia es una partición

PorJosé A. Alonso 24 agosto 202121 agosto 2021

Demostrar que si R es una relación de equivalencia en X, entonces las clases de equivalencia de R es una partición de X.

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean:

import tactic

variable  {X : Type}
variables {x y: X}
variable  {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=
  {y : X | R x y}

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

example
  (h : equivalence R)
  : particion {a : set X | ∃ s : X, a = clase R s} :=
sorry

import tactic

variable {X : Type}

variables {x y: X}

variable {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=

{y : X | R x y}

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

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

example

(h : equivalence R)

: particion {a : set X | ∃ s : X, a = clase R s} :=

sorry

[expand title=»Soluciones con Lean»]

import tactic

variable  {X : Type}
variables {x y: X}
variable  {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=
  {y : X | R x y}

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

lemma aux
  (h : equivalence R)
  (hxy : R x y)
  : clase R y ⊆ clase R x :=
λ z hz, h.2.2 hxy hz

-- 1ª demostración
example
  (h : equivalence R)
  : particion {a : set X | ∃ s : X, a = clase R s} :=
begin
  split,
  { simp,
    intro y,
    use (clase R y),
    split,
    { use y, },
    { split,
      { exact h.1 y, },
      { intros x hx,
        apply le_antisymm,
        { exact aux h hx, },
        { exact aux h (h.2.1 hx), }}}},
  { simp,
    intros x hx,
    have h1 : x ∈ clase R x := h.1 x,
    rw ← hx at h1,
    exact set.not_mem_empty x h1, },
end

-- 2ª demostración
example
  (h : equivalence R)
  : particion {a : set X | ∃ s : X, a = clase R s} :=
begin
  split,
  { simp,
    intro y,
    use (clase R y),
    split,
    { use y, },
    { split,
      { exact h.1 y, },
      { intros x hx,
        exact le_antisymm (aux h hx) (aux h (h.2.1 hx)), }}},
  { simp,
    intros x hx,
    have h1 : x ∈ clase R x := h.1 x,
    rw ← hx at h1,
    exact set.not_mem_empty x h1, },
end

-- 3ª demostración
example
  (h : equivalence R)
  : particion {a : set X | ∃ s : X, a = clase R s} :=
begin
  split,
  { simp,
    intro y,
    use [clase R y,
         ⟨by use y,
          ⟨h.1 y, λ x hx, le_antisymm (aux h hx) (aux h (h.2.1 hx))⟩⟩], },
  { simp,
    intros x hx,
    have h1 : x ∈ clase R x := h.1 x,
    rw ← hx at h1,
    exact set.not_mem_empty x h1, },
end

import tactic

variable {X : Type}

variables {x y: X}

variable {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=

{y : X | R x y}

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

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

lemma aux

(h : equivalence R)

(hxy : R x y)

: clase R y ⊆ clase R x :=

λ z hz, h.2.2 hxy hz

-- 1ª demostración

example

(h : equivalence R)

: particion {a : set X | ∃ s : X, a = clase R s} :=

begin

split,

{ simp,

intro y,

use (clase R y),

split,

{ use y, },

{ split,

{ exact h.1 y, },

{ intros x hx,

apply le_antisymm,

{ exact aux h hx, },

{ exact aux h (h.2.1 hx), }}}},

{ simp,

intros x hx,

have h1 : x ∈ clase R x := h.1 x,

rw ← hx at h1,

exact set.not_mem_empty x h1, },

end

-- 2ª demostración

example

(h : equivalence R)

: particion {a : set X | ∃ s : X, a = clase R s} :=

begin

split,

{ simp,

intro y,

use (clase R y),

split,

{ use y, },

{ split,

{ exact h.1 y, },

{ intros x hx,

exact le_antisymm (aux h hx) (aux h (h.2.1 hx)), }}},

{ simp,

intros x hx,

have h1 : x ∈ clase R x := h.1 x,

rw ← hx at h1,

exact set.not_mem_empty x h1, },

end

-- 3ª demostración

example

(h : equivalence R)

: particion {a : set X | ∃ s : X, a = clase R s} :=

begin

split,

{ simp,

intro y,

use [clase R y,

⟨by use y,

⟨h.1 y, λ x hx, le_antisymm (aux h hx) (aux h (h.2.1 hx))⟩⟩], },

{ simp,

intros x hx,

have h1 : x ∈ clase R x := h.1 x,

rw ← hx at h1,

exact set.not_mem_empty x h1, },

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 El_conjunto_de_las_clases_de_equivalencia_es_una_particion
imports Main
begin

definition clase :: "('a ⇒ 'a ⇒ bool) ⇒ 'a ⇒ 'a set"
  where "clase R x = {y. R x y}"

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

lemma
  fixes   R :: "'a ⇒ 'a ⇒ bool"
  assumes "equivp R"
  shows   "particion (⋃x. {clase R x})" (is "particion ?P")
proof (unfold particion_def; intro conjI)
  show "(∀x. ∃B∈?P. x ∈ B ∧ (∀C∈?P. x ∈ C ⟶ B = C))"
  proof (intro allI)
    fix x
    have "clase R x ∈ ?P"
      by auto
    moreover have "x ∈ clase R x"
      using assms clase_def equivp_def
      by (metis CollectI)
    moreover have "∀C∈?P. x ∈ C ⟶ clase R x = C"
    proof
      fix C
      assume "C ∈ ?P"
      then obtain y where "C = clase R y"
        by auto
      show "x ∈ C ⟶ clase R x = C"
      proof
        assume "x ∈ C"
        then have "R y x"
          using ‹C = clase R y› assms clase_def
          by (metis CollectD)
        then show "clase R x = C"
          using assms ‹C = clase R y› clase_def equivp_def
          by metis
      qed
    qed
    ultimately show "∃B∈?P. x ∈ B ∧ (∀C∈?P. x ∈ C ⟶ B = C)"
      by blast
  qed
next
  show "{} ∉ ?P"
  proof
    assume "{} ∈ ?P"
    then obtain x where "{} = clase R x"
      by auto
    moreover have "x ∈ clase R x"
      using assms clase_def equivp_def
      by (metis CollectI)
    ultimately show False
      by simp
  qed
qed

end

theory El_conjunto_de_las_clases_de_equivalencia_es_una_particion

imports Main

begin

definition clase :: "('a ⇒ 'a ⇒ bool) ⇒ 'a ⇒ 'a set"

where "clase R x = {y. R x y}"

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

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

lemma

fixes R :: "'a ⇒ 'a ⇒ bool"

assumes "equivp R"

shows "particion (⋃x. {clase R x})" (is "particion ?P")

proof (unfold particion_def; intro conjI)

show "(∀x. ∃B∈?P. x ∈ B ∧ (∀C∈?P. x ∈ C ⟶ B = C))"

proof (intro allI)

fix x

have "clase R x ∈ ?P"

by auto

moreover have "x ∈ clase R x"

using assms clase_def equivp_def

by (metis CollectI)

moreover have "∀C∈?P. x ∈ C ⟶ clase R x = C"

proof

fix C

assume "C ∈ ?P"

then obtain y where "C = clase R y"

by auto

show "x ∈ C ⟶ clase R x = C"

proof

assume "x ∈ C"

then have "R y x"

using ‹C = clase R y› assms clase_def

by (metis CollectD)

then show "clase R x = C"

using assms ‹C = clase R y› clase_def equivp_def

by metis

qed

ultimately show "∃B∈?P. x ∈ B ∧ (∀C∈?P. x ∈ C ⟶ B = C)"

by blast

qed

show "{} ∉ ?P"

proof

assume "{} ∈ ?P"

then obtain x where "{} = clase R x"

by auto

moreover have "x ∈ clase R x"

using assms clase_def equivp_def

by (metis CollectI)

ultimately show False

by simp

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 clases de equivalencia de elementos no relacionados son disjuntas

PorJosé A. Alonso 23 agosto 202121 agosto 2021

Demostrar que las clases de equivalencia de elementos no relacionados son disjuntas.

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean:

import tactic

variable  {X : Type}
variables {x y: X}
variable  {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=
  {y : X | R x y}

example
  (h : equivalence R)
  (hxy : ¬ R x y)
  : clase R x ∩ clase R y = ∅ :=
sorry

import tactic

variable {X : Type}

variables {x y: X}

variable {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=

{y : X | R x y}

example

(h : equivalence R)

(hxy : ¬ R x y)

: clase R x ∩ clase R y = ∅ :=

sorry

[expand title=»Soluciones con Lean»]

import tactic

variable  {X : Type}
variables {x y: X}
variable  {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=
  {y : X | R x y}

-- 1ª demostración
example
  (h : equivalence R)
  (hxy : ¬ R x y)
  : clase R x ∩ clase R y = ∅ :=
begin
  rcases h with ⟨hr, hs, ht⟩,
  by_contradiction h1,
  apply hxy,
  have h2 : ∃ z, z ∈ clase R x ∩ clase R y,
    { contrapose h1,
      intro h1a,
      apply h1a,
      push_neg at h1,
      exact set.eq_empty_iff_forall_not_mem.mpr h1, },
  rcases h2 with ⟨z, hxz, hyz⟩,
  replace hxz : R x z := hxz,
  replace hyz : R y z := hyz,
  have hzy : R z y := hs hyz,
  exact ht hxz hzy,
end

-- 2ª demostración
example
  (h : equivalence R)
  (hxy : ¬ R x y)
  : clase R x ∩ clase R y = ∅ :=
begin
  rcases h with ⟨hr, hs, ht⟩,
  by_contradiction h1,
  have h2 : ∃ z, z ∈ clase R x ∩ clase R y,
    { by finish [set.eq_empty_iff_forall_not_mem]},
  apply hxy,
  rcases h2 with ⟨z, hxz, hyz⟩,
  exact ht hxz (hs hyz),
end

import tactic

variable {X : Type}

variables {x y: X}

variable {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=

{y : X | R x y}

-- 1ª demostración

example

(h : equivalence R)

(hxy : ¬ R x y)

: clase R x ∩ clase R y = ∅ :=

begin

rcases h with ⟨hr, hs, ht⟩,

by_contradiction h1,

apply hxy,

have h2 : ∃ z, z ∈ clase R x ∩ clase R y,

{ contrapose h1,

intro h1a,

apply h1a,

push_neg at h1,

exact set.eq_empty_iff_forall_not_mem.mpr h1, },

rcases h2 with ⟨z, hxz, hyz⟩,

replace hxz : R x z := hxz,

replace hyz : R y z := hyz,

have hzy : R z y := hs hyz,

exact ht hxz hzy,

end

-- 2ª demostración

example

(h : equivalence R)

(hxy : ¬ R x y)

: clase R x ∩ clase R y = ∅ :=

begin

rcases h with ⟨hr, hs, ht⟩,

by_contradiction h1,

have h2 : ∃ z, z ∈ clase R x ∩ clase R y,

{ by finish [set.eq_empty_iff_forall_not_mem]},

apply hxy,

rcases h2 with ⟨z, hxz, hyz⟩,

exact ht hxz (hs hyz),

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_clases_de_equivalencia_de_elementos_no_relacionados_son_disjuntas
imports Main
begin

definition clase :: "('a ⇒ 'a ⇒ bool) ⇒ 'a ⇒ 'a set"
  where "clase R x = {y. R x y}"

(* 1ª demostración *)
lemma
  assumes "equivp R"
          "¬(R x y)"
  shows "clase R x ∩ clase R y = {}"
proof -
  have "∀z. z ∈ clase R x ⟶ z ∉ clase R y"
  proof (intro allI impI)
    fix z
    assume "z ∈ clase R x"
    then have "R x z"
      using clase_def by (metis CollectD)
    show "z ∉ clase R y"
    proof (rule notI)
      assume "z ∈ clase R y"
      then have "R y z"
        using clase_def by (metis CollectD)
      then have "R z y"
        using assms(1) by (simp only: equivp_symp)
      with ‹R x z› have "R x y"
        using assms(1) by (simp only: equivp_transp)
      with ‹¬R x y› show False
        by (rule notE)
    qed
  qed
  then show "clase R x ∩ clase R y = {}"
    by (simp only: disjoint_iff)
qed

(* 2ª demostración *)
lemma
  assumes "equivp R"
          "¬(R x y)"
  shows "clase R x ∩ clase R y = {}"
proof -
  have "∀z. z ∈ clase R x ⟶ z ∉ clase R y"
  proof (intro allI impI)
    fix z
    assume "z ∈ clase R x"
    then have "R x z"
      using clase_def by fastforce
    show "z ∉ clase R y"
    proof (rule notI)
      assume "z ∈ clase R y"
      then have "R y z"
        using clase_def by fastforce
      then have "R z y"
        using assms(1) by (simp only: equivp_symp)
      with ‹R x z› have "R x y"
        using assms(1) by (simp only: equivp_transp)
      with ‹¬R x y› show False
        by simp
    qed
  qed
  then show "clase R x ∩ clase R y = {}"
    by (simp only: disjoint_iff)
qed

(* 3ª demostración *)
lemma
  assumes "equivp R"
          "¬(R x y)"
  shows "clase R x ∩ clase R y = {}"
  using assms
  by (metis clase_def
            CollectD
            equivp_symp
            equivp_transp
            disjoint_iff)

(* 4ª demostración *)
lemma
  assumes "equivp R"
          "¬(R x y)"
  shows "clase R x ∩ clase R y = {}"
  using assms
  by (metis equivp_def
            clase_def
            CollectD
            disjoint_iff_not_equal)

end

theory Las_clases_de_equivalencia_de_elementos_no_relacionados_son_disjuntas

imports Main

begin

definition clase :: "('a ⇒ 'a ⇒ bool) ⇒ 'a ⇒ 'a set"

where "clase R x = {y. R x y}"

(* 1ª demostración *)

lemma

assumes "equivp R"

"¬(R x y)"

shows "clase R x ∩ clase R y = {}"

proof -

have "∀z. z ∈ clase R x ⟶ z ∉ clase R y"

proof (intro allI impI)

fix z

assume "z ∈ clase R x"

then have "R x z"

using clase_def by (metis CollectD)

show "z ∉ clase R y"

proof (rule notI)

assume "z ∈ clase R y"

then have "R y z"

using clase_def by (metis CollectD)

then have "R z y"

using assms(1) by (simp only: equivp_symp)

with ‹R x z› have "R x y"

using assms(1) by (simp only: equivp_transp)

with ‹¬R x y› show False

by (rule notE)

qed

then show "clase R x ∩ clase R y = {}"

by (simp only: disjoint_iff)

qed

(* 2ª demostración *)

lemma

assumes "equivp R"

"¬(R x y)"

shows "clase R x ∩ clase R y = {}"

proof -

have "∀z. z ∈ clase R x ⟶ z ∉ clase R y"

proof (intro allI impI)

fix z

assume "z ∈ clase R x"

then have "R x z"

using clase_def by fastforce

show "z ∉ clase R y"

proof (rule notI)

assume "z ∈ clase R y"

then have "R y z"

using clase_def by fastforce

then have "R z y"

using assms(1) by (simp only: equivp_symp)

with ‹R x z› have "R x y"

using assms(1) by (simp only: equivp_transp)

with ‹¬R x y› show False

by simp

qed

then show "clase R x ∩ clase R y = {}"

by (simp only: disjoint_iff)

qed

(* 3ª demostración *)

lemma

assumes "equivp R"

"¬(R x y)"

shows "clase R x ∩ clase R y = {}"

using assms

by (metis clase_def

CollectD

equivp_symp

equivp_transp

disjoint_iff)

(* 4ª demostración *)

lemma

assumes "equivp R"

"¬(R x y)"

shows "clase R x ∩ clase R y = {}"

using assms

by (metis equivp_def

clase_def

CollectD

disjoint_iff_not_equal)

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 clases de equivalencia de elementos relacionados son iguales

PorJosé A. Alonso 22 agosto 202121 agosto 2021

Demostrar que las clases de equivalencia de elementos relacionados son iguales.

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean:

import tactic

variable  {X : Type}
variables {x y: X}
variable  {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=
  {y : X | R x y}

example
  (h : equivalence R)
  (hxy : R x y)
  : clase R x = clase R y :=
sorry

import tactic

variable {X : Type}

variables {x y: X}

variable {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=

{y : X | R x y}

example

(h : equivalence R)

(hxy : R x y)

: clase R x = clase R y :=

sorry

[expand title=»Soluciones con Lean»]

import tactic

variable  {X : Type}
variables {x y: X}
variable  {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=
  {y : X | R x y}

-- En la demostración se usará el siguiente lema del que se presentan
-- varias demostraciones.

-- 1ª demostración del lema auxiliar
example
  (h : equivalence R)
  (hxy : R x y)
  : clase R y ⊆ clase R x :=
begin
  intros z hz,
  have hyz : R y z := hz,
  have htrans : transitive R := h.2.2,
  have hxz : R x z := htrans hxy hyz,
  exact hxz,
end

-- 2ª demostración del lema auxiliar
example
  (h : equivalence R)
  (hxy : R x y)
  : clase R y ⊆ clase R x :=
begin
  intros z hz,
  exact h.2.2 hxy hz,
end

-- 3ª demostración del lema auxiliar
lemma aux
  (h : equivalence R)
  (hxy : R x y)
  : clase R y ⊆ clase R x :=
λ z hz, h.2.2 hxy hz

-- A continuación se presentan varias demostraciones del ejercicio
-- usando el lema auxiliar

-- 1ª demostración
example
  (h : equivalence R)
  (hxy : R x y)
  : clase R x = clase R y :=
begin
  apply le_antisymm,
  { have hs : symmetric R := h.2.1,
    have hyx : R y x := hs hxy,
    exact aux h hyx, },
  { exact aux h hxy, },
end

-- 2ª demostración
example
  (h : equivalence R)
  (hxy : R x y)
  : clase R x = clase R y :=
begin
  apply le_antisymm,
  { exact aux h (h.2.1 hxy), },
  { exact aux h hxy, },
end

-- 3ª demostración
example
  (h : equivalence R)
  (hxy : R x y)
  : clase R x = clase R y :=
le_antisymm (aux h (h.2.1 hxy)) (aux h hxy)

import tactic

variable {X : Type}

variables {x y: X}

variable {R : X → X → Prop}

def clase (R : X → X → Prop) (x : X) :=

{y : X | R x y}

-- En la demostración se usará el siguiente lema del que se presentan

-- varias demostraciones.

-- 1ª demostración del lema auxiliar

example

(h : equivalence R)

(hxy : R x y)

: clase R y ⊆ clase R x :=

begin

intros z hz,

have hyz : R y z := hz,

have htrans : transitive R := h.2.2,

have hxz : R x z := htrans hxy hyz,

exact hxz,

end

-- 2ª demostración del lema auxiliar

example

(h : equivalence R)

(hxy : R x y)

: clase R y ⊆ clase R x :=

begin

intros z hz,

exact h.2.2 hxy hz,

end

-- 3ª demostración del lema auxiliar

lemma aux

(h : equivalence R)

(hxy : R x y)

: clase R y ⊆ clase R x :=

λ z hz, h.2.2 hxy hz

-- A continuación se presentan varias demostraciones del ejercicio

-- usando el lema auxiliar

-- 1ª demostración

example

(h : equivalence R)

(hxy : R x y)

: clase R x = clase R y :=

begin

apply le_antisymm,

{ have hs : symmetric R := h.2.1,

have hyx : R y x := hs hxy,

exact aux h hyx, },

{ exact aux h hxy, },

end

-- 2ª demostración

example

(h : equivalence R)

(hxy : R x y)

: clase R x = clase R y :=

begin

apply le_antisymm,

{ exact aux h (h.2.1 hxy), },

{ exact aux h hxy, },

end

-- 3ª demostración

example

(h : equivalence R)

(hxy : R x y)

: clase R x = clase R y :=

le_antisymm (aux h (h.2.1 hxy)) (aux h hxy)

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_clases_de_equivalencia_de_elementos_relacionados_son_iguales
imports Main
begin

definition clase :: "('a ⇒ 'a ⇒ bool) ⇒ 'a ⇒ 'a set"
  where "clase R x = {y. R x y}"

(* En la demostración se usará el siguiente lema del que se presentan
   varias demostraciones. *)

(* 1ª demostración del lema auxiliar *)
lemma
  assumes "equivp R"
          "R x y"
  shows "clase R y ⊆ clase R x"
proof (rule subsetI)
  fix z
  assume "z ∈ clase R y"
  then have "R y z"
    by (simp add: clase_def)
  have "transp R"
    using assms(1) by (rule equivp_imp_transp)
  then have "R x z"
    using ‹R x y› ‹R y z› by (rule transpD)
  then show "z ∈ clase R x"
    by (simp add: clase_def)
qed

(* 2ª demostración del lema auxiliar *)
lemma aux :
  assumes "equivp R"
          "R x y"
  shows "clase R y ⊆ clase R x"
  using assms
  by (metis clase_def eq_refl equivp_def)

(* A continuación se presentan demostraciones del ejercicio *)

(* 1ª demostración *)
lemma
  assumes "equivp R"
          "R x y"
  shows "clase R y = clase R x"
proof (rule equalityI)
  show "clase R y ⊆ clase R x"
    using assms by (rule aux)
next
  show "clase R x ⊆ clase R y"
  proof -
    have "symp R"
      using assms(1) equivpE by blast
    have "R y x"
      using ‹R x y› by (simp add: ‹symp R› sympD)
    with assms(1) show "clase R x ⊆ clase R y"
       by (rule aux)
  qed
qed

(* 2ª demostración *)
lemma
  assumes "equivp R"
          "R x y"
  shows "clase R y = clase R x"
  using assms
  by (metis clase_def equivp_def)

end

theory Las_clases_de_equivalencia_de_elementos_relacionados_son_iguales

imports Main

begin

definition clase :: "('a ⇒ 'a ⇒ bool) ⇒ 'a ⇒ 'a set"

where "clase R x = {y. R x y}"

(* En la demostración se usará el siguiente lema del que se presentan

varias demostraciones. *)

(* 1ª demostración del lema auxiliar *)

lemma

assumes "equivp R"

"R x y"

shows "clase R y ⊆ clase R x"

proof (rule subsetI)

fix z

assume "z ∈ clase R y"

then have "R y z"

by (simp add: clase_def)

have "transp R"

using assms(1) by (rule equivp_imp_transp)

then have "R x z"

using ‹R x y› ‹R y z› by (rule transpD)

then show "z ∈ clase R x"

by (simp add: clase_def)

qed

(* 2ª demostración del lema auxiliar *)

lemma aux :

assumes "equivp R"

"R x y"

shows "clase R y ⊆ clase R x"

using assms

by (metis clase_def eq_refl equivp_def)

(* A continuación se presentan demostraciones del ejercicio *)

(* 1ª demostración *)

lemma

assumes "equivp R"

"R x y"

shows "clase R y = clase R x"

proof (rule equalityI)

show "clase R y ⊆ clase R x"

using assms by (rule aux)

show "clase R x ⊆ clase R y"

proof -

have "symp R"

using assms(1) equivpE by blast

have "R y x"

using ‹R x y› by (simp add: ‹symp R› sympD)

with assms(1) show "clase R x ⊆ clase R y"

by (rule aux)

qed

(* 2ª demostración *)

lemma

assumes "equivp R"

"R x y"

shows "clase R y = clase R x"

using assms

by (metis clase_def equivp_def)

end

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

La composición por la izquierda con una inyectiva es una operación inyectiva

PorJosé A. Alonso 20 agosto 202121 agosto 2021

Sean f₁ y f₂ funciones de X en Y y g una función de X en Y. Demostrar que si g es inyectiva y g ∘ f₁ = g ∘ f₂, entonces f₁ = f₂.

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean:

import tactic

variables {X Y Z : Type*}
variables {f₁ f₂ : X → Y}
variable  {g : Y → Z}

example
  (hg : function.injective g)
  (hgf : g ∘ f₁ = g ∘ f₂)
  : f₁ = f₂ :=
sorry

import tactic

variables {X Y Z : Type*}

variables {f₁ f₂ : X → Y}

variable {g : Y → Z}

example

(hg : function.injective g)

(hgf : g ∘ f₁ = g ∘ f₂)

: f₁ = f₂ :=

sorry

[expand title=»Soluciones con Lean»]

import tactic

variables {X Y Z : Type*}
variables {f₁ f₂ : X → Y}
variable  {g : Y → Z}

-- 1ª demostración
example
  (hg : function.injective g)
  (hgf : g ∘ f₁ = g ∘ f₂)
  : f₁ = f₂ :=
begin
  funext,
  apply hg,
  calc g (f₁ x)
       = (g ∘ f₁) x : rfl
   ... = (g ∘ f₂) x : congr_fun hgf x
   ... = g (f₂ x)   : rfl,
end

-- 2ª demostración
example
  (hg : function.injective g)
  (hgf : g ∘ f₁ = g ∘ f₂)
  : f₁ = f₂ :=
begin
  funext,
  apply hg,
  exact congr_fun hgf x,
end

-- 3ª demostración
example
  (hg : function.injective g)
  (hgf : g ∘ f₁ = g ∘ f₂)
  : f₁ = f₂ :=
begin
  refine funext (λ i, hg _),
  exact congr_fun hgf i,
end

-- 4ª demostración
example
  (hg : function.injective g)
  : function.injective ((∘) g : (X → Y) → (X → Z)) :=
λ f₁ f₂ hgf, funext (λ i, hg (congr_fun hgf i : _))

-- 5ª demostración
example
  [hY : nonempty Y]
  (hg : injective g)
  (hgf : g ∘ f₁ = g ∘ f₂)
  : f₁ = f₂ :=
calc f₁ = id ∘ f₁              : (left_id f₁).symm
    ... = (inv_fun g ∘ g) ∘ f₁ : congr_arg2 (∘) (inv_fun_comp hg).symm rfl
    ... = inv_fun g ∘ (g ∘ f₁) : comp.assoc _ _ _
    ... = inv_fun g ∘ (g ∘ f₂) : congr_arg2 (∘) rfl hgf
    ... = (inv_fun g ∘ g) ∘ f₂ : comp.assoc _ _ _
    ... = id ∘ f₂              : congr_arg2 (∘) (inv_fun_comp hg) rfl
    ... = f₂                   : left_id f₂

-- 6ª demostración
example
  [hY : nonempty Y]
  (hg : injective g)
  (hgf : g ∘ f₁ = g ∘ f₂)
  : f₁ = f₂ :=
calc f₁ = id ∘ f₁              : by finish
    ... = (inv_fun g ∘ g) ∘ f₁ : by finish [inv_fun_comp]
    ... = inv_fun g ∘ (g ∘ f₁) : by refl
    ... = inv_fun g ∘ (g ∘ f₂) : by finish [hgf]
    ... = (inv_fun g ∘ g) ∘ f₂ : by refl
    ... = id ∘ f₂              : by finish [inv_fun_comp]
    ... = f₂                   : by finish

import tactic

variables {X Y Z : Type*}

variables {f₁ f₂ : X → Y}

variable {g : Y → Z}

-- 1ª demostración

example

(hg : function.injective g)

(hgf : g ∘ f₁ = g ∘ f₂)

: f₁ = f₂ :=

begin

funext,

apply hg,

calc g (f₁ x)

= (g ∘ f₁) x : rfl

... = (g ∘ f₂) x : congr_fun hgf x

... = g (f₂ x) : rfl,

end

-- 2ª demostración

example

(hg : function.injective g)

(hgf : g ∘ f₁ = g ∘ f₂)

: f₁ = f₂ :=

begin

funext,

apply hg,

exact congr_fun hgf x,

end

-- 3ª demostración

example

(hg : function.injective g)

(hgf : g ∘ f₁ = g ∘ f₂)

: f₁ = f₂ :=

begin

refine funext (λ i, hg _),

exact congr_fun hgf i,

end

-- 4ª demostración

example

(hg : function.injective g)

: function.injective ((∘) g : (X → Y) → (X → Z)) :=

λ f₁ f₂ hgf, funext (λ i, hg (congr_fun hgf i : _))

-- 5ª demostración

example

[hY : nonempty Y]

(hg : injective g)

(hgf : g ∘ f₁ = g ∘ f₂)

: f₁ = f₂ :=

calc f₁ = id ∘ f₁ : (left_id f₁).symm

... = (inv_fun g ∘ g) ∘ f₁ : congr_arg2 (∘) (inv_fun_comp hg).symm rfl

... = inv_fun g ∘ (g ∘ f₁) : comp.assoc _ _ _

... = inv_fun g ∘ (g ∘ f₂) : congr_arg2 (∘) rfl hgf

... = (inv_fun g ∘ g) ∘ f₂ : comp.assoc _ _ _

... = id ∘ f₂ : congr_arg2 (∘) (inv_fun_comp hg) rfl

... = f₂ : left_id f₂

-- 6ª demostración

example

[hY : nonempty Y]

(hg : injective g)

(hgf : g ∘ f₁ = g ∘ f₂)

: f₁ = f₂ :=

calc f₁ = id ∘ f₁ : by finish

... = (inv_fun g ∘ g) ∘ f₁ : by finish [inv_fun_comp]

... = inv_fun g ∘ (g ∘ f₁) : by refl

... = inv_fun g ∘ (g ∘ f₂) : by finish [hgf]

... = (inv_fun g ∘ g) ∘ f₂ : by refl

... = id ∘ f₂ : by finish [inv_fun_comp]

... = f₂ : by finish

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 La_composicion_por_la_izquierda_con_una_inyectiva_es_inyectiva
imports Main
begin

(* 1ª demostración *)
lemma
  assumes "inj g"
          "g ∘ f1 = g ∘ f2"
  shows   "f1 = f2"
proof (rule ext)
  fix x
  have "(g ∘ f1) x = (g ∘ f2) x"
    using ‹g ∘ f1 = g ∘ f2› by (rule fun_cong)
  then have "g (f1 x) = g (f2 x)"
    by (simp only: o_apply)
  then show "f1 x = f2 x"
    using ‹inj g› by (simp only: injD)
qed

(* 2ª demostración *)
lemma
  assumes "inj g"
          "g ∘ f1 = g ∘ f2"
  shows   "f1 = f2"
proof
  fix x
  have "(g ∘ f1) x = (g ∘ f2) x"
    using ‹g ∘ f1 = g ∘ f2› by simp
  then have "g (f1 x) = g (f2 x)"
    by simp
  then show "f1 x = f2 x"
    using ‹inj g› by (simp only: injD)
qed

(* 3ª demostración *)
lemma
  assumes "inj g"
          "g ∘ f1 = g ∘ f2"
  shows   "f1 = f2"
using assms
by (metis fun.inj_map_strong inj_eq)

(* 4ª demostración *)
lemma
  assumes "inj g"
          "g ∘ f1 = g ∘ f2"
  shows   "f1 = f2"
proof -
  have "f1 = id ∘ f1"
    by (rule id_o [symmetric])
  also have "… = (inv g ∘ g) ∘ f1"
    by (simp add: assms(1))
  also have "… = inv g ∘ (g ∘ f1)"
    by (simp add: comp_assoc)
  also have "… = inv g ∘ (g ∘ f2)"
    using assms(2) by (rule arg_cong)
  also have "… = (inv g ∘ g) ∘ f2"
    by (simp add: comp_assoc)
  also have "… = id ∘ f2"
    by (simp add: assms(1))
  also have "… = f2"
    by (rule id_o)
  finally show "f1 = f2"
    by this
qed

(* 5ª demostración *)
lemma
  assumes "inj g"
          "g ∘ f1 = g ∘ f2"
  shows   "f1 = f2"
proof -
  have "f1 = (inv g ∘ g) ∘ f1"
    by (simp add: assms(1))
  also have "… = (inv g ∘ g) ∘ f2"
    using assms(2) by (simp add: comp_assoc)
  also have "… = f2"
    using assms(1) by simp
  finally show "f1 = f2" .
qed

end

theory La_composicion_por_la_izquierda_con_una_inyectiva_es_inyectiva

imports Main

begin

(* 1ª demostración *)

lemma

assumes "inj g"

"g ∘ f1 = g ∘ f2"

shows "f1 = f2"

proof (rule ext)

fix x

have "(g ∘ f1) x = (g ∘ f2) x"

using ‹g ∘ f1 = g ∘ f2› by (rule fun_cong)

then have "g (f1 x) = g (f2 x)"

by (simp only: o_apply)

then show "f1 x = f2 x"

using ‹inj g› by (simp only: injD)

qed

(* 2ª demostración *)

lemma

assumes "inj g"

"g ∘ f1 = g ∘ f2"

shows "f1 = f2"

proof

fix x

have "(g ∘ f1) x = (g ∘ f2) x"

using ‹g ∘ f1 = g ∘ f2› by simp

then have "g (f1 x) = g (f2 x)"

by simp

then show "f1 x = f2 x"

using ‹inj g› by (simp only: injD)

qed

(* 3ª demostración *)

lemma

assumes "inj g"

"g ∘ f1 = g ∘ f2"

shows "f1 = f2"

using assms

by (metis fun.inj_map_strong inj_eq)

(* 4ª demostración *)

lemma

assumes "inj g"

"g ∘ f1 = g ∘ f2"

shows "f1 = f2"

proof -

have "f1 = id ∘ f1"

by (rule id_o [symmetric])

also have "… = (inv g ∘ g) ∘ f1"

by (simp add: assms(1))

also have "… = inv g ∘ (g ∘ f1)"

by (simp add: comp_assoc)

also have "… = inv g ∘ (g ∘ f2)"

using assms(2) by (rule arg_cong)

also have "… = (inv g ∘ g) ∘ f2"

by (simp add: comp_assoc)

also have "… = id ∘ f2"

by (simp add: assms(1))

also have "… = f2"

by (rule id_o)

finally show "f1 = f2"

by this

qed

(* 5ª demostración *)

lemma

assumes "inj g"

"g ∘ f1 = g ∘ f2"

shows "f1 = f2"

proof -

have "f1 = (inv g ∘ g) ∘ f1"

by (simp add: assms(1))

also have "… = (inv g ∘ g) ∘ f2"

using assms(2) by (simp add: comp_assoc)

also have "… = f2"

using assms(1) by simp

finally show "f1 = f2" .

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]