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In matematica, più precisamente in teoria degli ordini, una relazione d'ordine di un insieme è una relazione binaria tra elementi appartenenti all'insieme che gode delle seguenti proprietà:

Si definisce insieme parzialmente ordinato (oppure ordine) la coppia costituita da un insieme e da una relazione d'ordine su di esso. Le relazioni d'ordine si indicano spesso con i simboli , , e .

In lingua inglese un insieme parzialmente ordinato è anche detto concisamente poset (Partially Ordered Set), e questo termine è usato gergalmente anche nella lingua italiana.

Indice

DefinizioneModifica

Dati due insiemi   e  , il loro prodotto cartesiano è l'insieme delle coppie ordinate definito nel modo seguente:[1]

 

Si definisce relazione binaria su un insieme   un sottoinsieme   del prodotto cartesiano  .[2] Due elementi   e   sono messi in relazione da   se:

 

ed in tal caso si scrive  .

Una relazione d'ordine   è una relazione binaria tra elementi di un insieme   riflessiva, antisimmetrica e transitiva.[3]

Esplicitamente, tale relazione soddisfa le seguenti proprietà:

 
  e   implica  
  e   implicano  

Le relazioni d'ordine si indicano spesso con i simboli  ,  ,   e  .

La coppia   costituita da un insieme e da una relazione d'ordine su di esso si dice insieme parzialmente ordinato o semplicemente ordine, da non confondere con il termine più specifico insieme totalmente ordinato.

Primi esempiModifica

Esempi ben noti di insiemi parzialmente ordinati sono:

  • gli insiemi numerici  ,  ,  ,   muniti della relazione d'ordine totale standard  ,
  • l'insieme   munito della relazione di divisibilità   (cioè   è un divisore di  )

Una qualunque famiglia di insiemi munita della relazione di inclusione   (cioè   è sottoinsieme di  )

Ordine largo e ordine strettoModifica

Alcuni autori[4] definiscono relazione d'ordine "stretto" una relazione   che soddisfi le proprietà irriflessiva, antisimmetrica e transitiva (o, equivalentemente e più concisamente, le proprietà asimmetrica e transitiva), e quindi chiamano relazione d'ordine "largo" la relazione d'ordine  . L'ordine stretto mira a concentrarsi sulla asimmetria della relazione, non considerando la riflessività.

Benché le due definizioni siano distinte, il loro studio non presenta grosse differenze, in quanto tra le due classi di relazioni sussiste una corrispondenza biunivoca molto semplice.

Sia   un insieme e denotiamo con   la diagonale di  , cioè  , allora ad ogni relazione d'ordine largo   è associata la relazione d'ordine stretto  ; viceversa ad ogni relazione d'ordine stretto   è associata la relazione d'ordine largo  .

Digrafo di un ordineModifica

 
Grafo della relazione di divisibilità

Se l'insieme   è finito o numerabile la relazione d'ordine si può rappresentare visivamente mediante un digrafo (risp. finito o numerabile) i cui nodi sono gli elementi di   e tale che due nodi   e   sono connessi da un arco se e solo se   e non ci sono elementi intermedi tra di loro (cioè non esiste nessun   tale che   e  ). Il grafo di una relazione d'ordine non può avere cicli, mentre può avere più componenti connesse e da ogni suo nodo può entrare ed uscire qualsiasi numero di archi. Se il grafo è numerabile, da un nodo possono entrare o uscire infiniti archi (questo è il caso della relazione di divisibilità).

Ordini semplici, lineari e totaliModifica

Due elementi   e   di un insieme parzialmente ordinato   si dicono confrontabili se accade che   oppure che  .

In generale, due elementi di una relazione d'ordine parziale possono non essere confrontabili, cioè non sono necessariamente in relazione fra di loro. Ad esempio in   munito della relazione di divisibilità, gli elementi 2 e 3 non sono in relazione perché nessuno dei due è divisore dell'altro.

Un insieme si dice un ordine semplice o lineare, oppure ordine totale se per ogni  ,   e   sono confrontabili (ossia vale   oppure  ).

Il digrafo di un insieme totalmente ordinato si può rappresentare come un segmento o una retta o una semiretta su cui giacciono tutti i nodi (corrispondenti a tutti gli elementi dell'insieme).

Catene e anticateneModifica

Sia un ordine  , si dice catena ogni sottoinsieme   tale che la relazione d'ordine ridotta a   costituisce un ordine semplice.

Si dice invece anticatena dell'insieme parzialmente ordinato   un sottoinsieme   i cui elementi sono mutuamente inconfrontabili. Una anticatena dell'insieme parzialmente ordinato delle divisibilità è fornita dall'insieme dei numeri primi.

EsempioModifica

Per l'insieme parzialmente ordinato della divisibilità, sono catene gli insiemi delle potenze positive di un numero primo e più in generale i sottoinsiemi ottenuti con un processo che inizia considerando un intero positivo e prosegue aggiungendo ad ogni passo un multiplo dell'intero aggiunto in precedenza. Si possono considerare catene finite o infinite; il processo precedente può essere finito o illimitato.

Maggiorante e minoranteModifica

Sia   un ordine (poset) e  . Allora si dice che un elemento   è un maggiorante di   se  .

Analogamente, in modo duale, un elemento   si definisce un minorante di un insieme   se  .

Se   ammette almeno un maggiorante (minorante) allora si dice che   è un sottoinsieme limitato superiormente (inferiormente).

Un sottoinsieme che possiede sia maggioranti che minoranti si dice limitato d'ordine.

Se l'insieme   è un insieme numerico con cardinalità maggiore di uno ( ) allora scegliendo un suo sottoinsieme   con cardinalità pari a 2 ( ), si può definire il minimo tra i due soli elementi,   e   con la seguente relazione:

 

Il massimo tra i due elementi si trova invece con la seguente espressione

 

Dove con   si è indicata la funzione indicatrice.

Elementi massimali e minimaliModifica

Sia   un ordine. Si dice che   è l'elemento minimo di   se  .

Si definisce elemento massimo di   un   tale che  .

Vi sono ordinamenti per cui non esiste l'elemento minimo (rispettivamente, massimo); si mostra facilmente che se esiste un elemento minimo (rispettivamente, massimo) esso è unico. Quando esistono, l'elemento massimo e l'elemento minimo di   si indicano rispettivamente come max   e min  .

Su ordini non semplici è utile definire altri due concetti: quello di elemento minimale e massimale.

  •   si dice elemento minimale di   se  ;
  •   sarà invece un elemento massimale se  .

In generale, massimo ed elemento massimale non corrispondono allo stesso elemento. Si consideri come esempio l'insieme   fornito della relazione di divisibilità: esso non ammette né massimo né minimo, ma per esempio 3 è un elemento minimale, poiché   è soddisfatto solo per  . Si presti attenzione inoltre che l'elemento 3 non può essere massimale. Se così fosse, allora 3 non dividerebbe nessun altro elemento dell'insieme, ma   che dimostra l'assurdità della asserzione dato che  . Addirittura 5 è sia elemento massimale che minimale, poiché non è in relazione con nessun altro elemento dell'insieme diverso da se stesso. Dall'esempio è facile intuire che le due definizioni (massimo ed elemento massimale; minimo e elemento minimale) coincidono in presenza di un ordine semplice.

Estremo superiore ed inferioreModifica

Sia   un ordine e sia  . Definiamo:

 ;

 .

Allora si definiscono:

  • estremo superiore di   il   ; quando esiste è indicato con  ;
  • estremo inferiore di   il  ; quando esiste è indicato con  .

Osserviamo che, dato un sottoinsieme, non è detto che esso ammetta un minimo o un massimo, e dunque non è detto che esistano gli estremi superiori e inferiori.

Segmenti iniziali e finaliModifica

Sia   un insieme ordinato e un sottoinsieme  , allora   è detto:

  • segmento iniziale di  , se dati due elementi   e  , si ha che  ;
  • segmento finale di  , se analogamente  .

In altre parole, gli elementi si   non ammettono (rispettivamente) minimo o massimo al di fuori da  .

Ordinamenti ben fondatiModifica

Una relazione d'ordine su un insieme   si dice "ben fondata" o buon ordinamento se ogni sottoinsieme       non vuoto è dotato di minimo.

Un tipico esempio di buon ordinamento è quello che stabilisce la relazione d'ordine standard sull'insieme   dei numeri naturali. L'affermazione che i naturali sono un insieme ben ordinato, ovvero che ogni sottoinsieme   di   ha un minimo viene talvolta chiamata Principio del buon ordinamento e si può dimostrare essere equivalente al Principio di induzione.

Il teorema del buon ordinamentoModifica

Il teorema del buon ordinamento (da non confondere con il principio del buon ordinamento) asserisce che su ogni insieme non vuoto può essere definita una relazione d'ordine ben fondata (o buon ordinamento). Tale enunciato è equivalente all'assioma della scelta (cioè assumendolo vero si può dimostrare l'assioma della scelta e viceversa).

Prodotto cartesiano di ordiniModifica

Il prodotto cartesiano di due insiemi parzialmente ordinati può essere munito anch'esso di un ordine in più modi:

  • secondo il confronto "termine a termine"   se   e   (l'ordine così formato è detto il prodotto diretto dei due ordini)
  • secondo la relazione   se   o  Se i due ordini sono semplici, lo è anche l'ordine lessicografico, ma non necessariamente gli altri due.

Funzioni e relazioni d'ordineModifica

Siano   e   due ordini e sia  .

  si dice monotona se   per ogni x,y in  .

  si dice antitona se   per ogni x,y in  .

NoteModifica

  1. ^ Reed, Simon, Pag. 1.
  2. ^ Reed, Simon, Pag. 2.
  3. ^ Reed, Simon, Pag. 3.
  4. ^ Vincenzo Aversa, Metodi quantitativi delle decisioni. Algebra ed analisi elementare in una selezione di problemi di scelta, in Manuali per l'università, Liguori Editore, 2000, pp. 12-15, ISBN 9788820731649.

BibliografiaModifica

  • Michael Reed, Barry Simon, Methods of Modern Mathematical Physics, Vol. 1: Functional Analysis, 2ª ed., San Diego, California, Academic press inc., 1980, ISBN 0-12-585050-6.

Voci correlateModifica

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