Origem: Wikilivros, livros abertos por um mundo aberto.
A relação ~ em
N
2
{\displaystyle \mathbb {N} ^{2}}
ao ser definida por:
(
a
,
b
)
∼
(
c
,
d
)
⇔
a
+
d
=
b
+
c
{\displaystyle (a,b)\sim (c,d)\Leftrightarrow a+d=b+c}
é uma relação de equivalência se, e somente se for:
(reflexiva)
∀
(
a
,
b
)
∈
N
2
{\displaystyle \forall \;(a,b)\in \mathbb {N} ^{2}}
:
(
a
,
b
)
∼
(
a
,
b
)
⇔
a
+
b
=
b
+
a
{\displaystyle (a,b)\sim (a,b)\Leftrightarrow a+b=b+a}
(simétrica)
∀
(
a
,
b
)
,
(
c
,
d
)
∈
N
2
{\displaystyle \forall \;(a,b),(c,d)\in \mathbb {N} ^{2}}
:
(
a
,
b
)
∼
(
c
,
d
)
⇔
a
+
d
=
b
+
c
⇔
d
+
a
=
c
+
b
⇔
(
c
,
d
)
∼
(
a
,
b
)
{\displaystyle (a,b)\sim (c,d)\Leftrightarrow a+d=b+c\Leftrightarrow d+a=c+b\Leftrightarrow (c,d)\sim (a,b)}
(transitiva)
∀
(
a
,
b
)
,
(
c
,
d
)
,
(
p
,
q
)
∈
N
2
{\displaystyle \forall \;(a,b),(c,d),(p,q)\in \mathbb {N} ^{2}}
:
(
a
,
b
)
∼
(
c
,
d
)
e
(
c
,
d
)
∼
(
p
,
q
)
⇔
a
+
d
=
b
+
c
e
c
+
q
=
d
+
p
⇔
a
+
d
+
c
+
q
=
b
+
c
+
d
+
p
⇔
a
+
q
=
b
+
p
⇔
(
a
,
b
)
∼
(
p
,
q
)
{\displaystyle (a,b)\sim (c,d)\;e\;(c,d)\sim (p,q)\Leftrightarrow a+d=b+c\;e\;c+q=d+p\Leftrightarrow a+d+c+q=b+c+d+p\Leftrightarrow a+q=b+p\Leftrightarrow (a,b)\sim (p,q)}
Podemos dividir o conjunto de
N
2
{\displaystyle \mathbb {N} ^{2}}
em partições disjuntas cuja união é o próprio
N
2
{\displaystyle \mathbb {N} ^{2}}
.
Tome as partições da forma [1,n] ou [n,1]. Vamos usar a tricotomia entre 1 e n.
caso n=1, eles coincidem com
[
(
1
,
1
)
]
=
{
(
a
,
b
)
∈
N
2
}
:
(
a
,
b
)
∼
(
1
,
1
)
}
{\displaystyle [(1,1)]=\{(a,b)\in \mathbb {N} ^{2}\}:(a,b)\sim (1,1)\}}
caso em que
n
≠
1
{\displaystyle n\neq 1}
:
[
(
1
,
n
)
]
=
{
(
a
,
b
)
∈
N
2
}
:
(
a
,
b
)
∼
(
1
,
n
)
}
{\displaystyle [(1,n)]=\{(a,b)\in \mathbb {N} ^{2}\}:(a,b)\sim (1,n)\}}
[
(
n
,
1
)
]
=
{
(
a
,
b
)
∈
N
2
}
:
(
a
,
b
)
∼
(
n
,
1
)
}
{\displaystyle [(n,1)]=\{(a,b)\in \mathbb {N} ^{2}\}:(a,b)\sim (n,1)\}}
Assim podemos dizer que
N
2
/
∼=
{
[
1
,
1
]
}
∪
{
x
∈
N
2
:
x
=
[
(
1
,
n
)
]
:
n
∈
N
}
∪
{
x
∈
N
2
:
x
=
[
(
n
,
1
)
]
:
n
∈
N
}
{\displaystyle \mathbb {N} ^{2}/\sim =\{[1,1]\}\cup \{x\in \mathbb {N} ^{2}:x=[(1,n)]:n\in \mathbb {N} \}\cup \{x\in \mathbb {N} ^{2}:x=[(n,1)]:n\in \mathbb {N} \}}
De forma geral dizemos que o conjunto quociente:
N
2
/
∼
=
{
[
(
a
,
b
)
]
∈
N
2
}
:
(
a
,
b
)
∈
N
2
}
{\displaystyle \mathbb {N} ^{2}/\sim \;=\{[(a,b)]\in \mathbb {N} ^{2}\}:(a,b)\in \mathbb {N} ^{2}\}}
Ao somarmos dois elementos de
N
2
{\displaystyle \mathbb {N} ^{2}}
, o resultado deve ser um elemento do mesmo conjunto.
⊕
:
N
2
×
N
2
↦
N
2
{\displaystyle \oplus :\mathbb {N} ^{2}\times \mathbb {N} ^{2}\mapsto \mathbb {N} ^{2}}
. Vamos definir A por:
[
(
a
,
b
)
]
⊕
[
(
c
,
d
)
]
=
[
(
a
+
c
,
b
+
d
)
]
{\displaystyle [(a,b)]\oplus [(c,d)]=[(a+c,b+d)]}
.
Vamos mostrar que
⊕
{\displaystyle \oplus }
é uma relação bem definida.
Tome
(
a
′
,
b
′
)
∈
[
(
a
,
b
)
]
e
(
c
′
,
d
′
)
∈
[
(
c
,
d
)
]
⇒
(
a
′
,
b
′
)
∼
(
a
,
b
)
e
(
c
′
,
d
′
)
∼
(
c
,
d
)
⇒
{\displaystyle (a',b')\in [(a,b)]\;e\;(c',d')\in [(c,d)]\Rightarrow (a',b')\sim (a,b)\;e\;(c',d')\sim (c,d)\Rightarrow }
⇒
a
′
+
b
=
b
′
+
a
e
c
′
+
d
=
d
′
+
c
⇒
(
a
+
c
)
+
(
b
′
+
d
′
)
=
(
a
′
+
c
′
)
+
(
b
+
d
)
⇒
{\displaystyle \Rightarrow a'+b=b'+a\;e\;c'+d=d'+c\Rightarrow (a+c)+(b'+d')=(a'+c')+(b+d)\Rightarrow }
⇒
(
a
+
c
,
b
+
d
)
∼
(
a
′
+
c
′
,
b
′
+
d
′
)
⇒
[
(
a
+
c
,
b
+
d
)
]
=
[
(
a
′
+
c
′
,
b
′
+
d
′
)
]
{\displaystyle \Rightarrow (a+c,b+d)\sim (a'+c',b'+d')\Rightarrow [(a+c,b+d)]=[(a'+c',b'+d')]}
Ex.
[
(
1
,
2
)
]
⊕
[
(
3
,
4
)
]
=
[
(
1
+
3
,
2
+
4
)
]
=
[
(
4
,
6
)
]
{\displaystyle [(1,2)]\oplus [(3,4)]=[(1+3,2+4)]=[(4,6)]}
(
4
,
6
)
∼
(
1
,
n
)
⇔
4
+
n
=
1
+
6
⇔
4
+
n
=
4
+
3
⇔
n
=
3
⇔
(
4
,
6
)
∼
(
1
,
3
)
{\displaystyle (4,6)\sim (1,n)\Leftrightarrow 4+n=1+6\Leftrightarrow 4+n=4+3\Leftrightarrow n=3\Leftrightarrow (4,6)\sim (1,3)}
Assim podemos já resolver equações do 1º grau ao igualarmos qualquer elemento de
N
2
{\displaystyle \mathbb {N} ^{2}}
para a sua forma mais resumida (1,1), (1,n),(n,1).
(exercício) Prove que
(
a
,
b
)
∼
y
{\displaystyle (a,b)\sim y}
, onde
y
∈
{
(
1
,
x
)
,
(
1
,
1
)
,
(
x
,
1
)
}
{\displaystyle y\in \{(1,x),(1,1),(x,1)\}}
só haverá solução em
N
2
{\displaystyle \mathbb {N} ^{2}}
se igualarmos a apenas um dos valores que y pode assumir.
Ao multiplicarmos dois elementos de
N
2
{\displaystyle \mathbb {N} ^{2}}
, o resultado deve ser um elemento do mesmo conjunto.
⊙
:
N
2
×
N
2
↦
N
2
{\displaystyle \odot :\mathbb {N} ^{2}\times \mathbb {N} ^{2}\mapsto \mathbb {N} ^{2}}
. Vamos definir A por:
[
(
a
,
b
)
]
⊙
[
(
c
,
d
)
]
=
[
(
a
c
+
b
d
,
a
d
+
b
c
)
]
{\displaystyle [(a,b)]\odot [(c,d)]=[(ac+bd,ad+bc)]}
.
Vamos mostrar que
⊙
{\displaystyle \odot }
é uma relação bem definida.
Tome
(
a
′
,
b
′
)
∈
[
(
a
,
b
)
]
e
(
c
′
,
d
′
)
∈
[
(
c
,
d
)
]
⇒
(
a
′
,
b
′
)
∼
(
a
,
b
)
e
(
c
′
,
d
′
)
∼
(
c
,
d
)
⇒
{\displaystyle (a',b')\in [(a,b)]\;e\;(c',d')\in [(c,d)]\Rightarrow (a',b')\sim (a,b)\;e\;(c',d')\sim (c,d)\Rightarrow }
... (exercício)
⇒
(
a
c
,
b
d
)
(
a
′
c
′
,
b
′
d
′
)
⇒
[
(
a
c
,
b
d
)
]
=
[
(
a
′
c
′
,
b
′
d
′
)
]
{\displaystyle \Rightarrow (ac,bd)~(a'c',b'd')\Rightarrow [(ac,bd)]=[(a'c',b'd')]}