Conjuntos y Números,
2019-20: Desarrollo del
curso día a día:
Clase 1, L, 09/09/2019:
Introducción y presentación
de los contenidos de la
asignatura. Bibliografía.
Método de evaluación. Consejos
para estudiar. Lógica elemental. Afirmaciones, proposiciones. Negación; tabla de verdad.
Clase 2, M, 10/09/2019: Operaciones
con dos o más afirmaciones: A y B, A o B, implicaciones, equivalencias
y sus tablas de verdad. Condición necesaria, condición suficiente,
implicación recíproca, condición necesaria y suficiente, ejemplo de una
condición necesaria y suficiente para la divisibilidad por 15).
Tautologías, contraposiciones.
Clase 3, X, 11/09/2019: Más ejemplos de tautologías:
conmutatividad de A y B, A o B, modus ponens y algunas consecuencias.
Cuantificadores: para todo, existe; negaciones de proposiciones con cuantificadores. Los
resultados matemáticos: proposiciones, lemas, teoremas, corolarios. Métodos de
demostración. Ejemplos de demostraciones directas.
Clase 4, J, 12/09/2019: Un cuantificador especial: existe
un único x. Más ejemplos de demostraciones
directas; suma de los primeros n impares. Demostraciones Indirectas.
Demostración por contraposición: irracionalidad de un número a partir
de la irracionalidad de la raíz de 2. Demostraciones por reducción al
absurdo. Ejemplos: irracionalidad de la raíz de 2 y de las raíces de
los números naturales que no son cuadrados; existen infinitos primos.
Clase 5: L, 16/09/2019: Afirmaciones sobre los números
naturales; inducción matemática. Ejemplos: demostraciones de
igualdades, desigualdades, afirmaciones sobre la divisibilidad. Inducción que empieza con otra base, distinta de 1.
Clase 6: M, 17/09/2019: Sobre la necesidad de tener una base
inductiva, inducción empírica. Otras formas más fuertes de la
inducción: inducción recurrente (de varios valores de n al siguiente) y
transfinita (o fuerte). Ejemplos: cos (nx) es un polinomio de grado n
de cos x; todo número natural >2 es producto de primos.
Clase 7: X, 18/09/2019: Aclaración de los conceptos de ejemplo y
contraejemplo (de un tema anterior). Conjuntos, formas de especificar un conjunto, ejemplos, diagramas de Venn.
Conjunto vacío. Pertenencia de un elemento a un conjunto, inclusión
entre dos conjuntos, notación, igualdad entre dos conjuntos.
Clase 8, J, 19/09/2019: Propiedades básicas de la inclusión.
Ejemplos de conjuntos que tienen otros conjuntos como elementos.
Operaciones con
conjuntos: unión, intersección; caracterzación de la relación de
inclusión entre dos conjuntos a través de su intersección y su unión.
Clases 9--12 (semana del L 23/09
hasta el J 26/09): impartidas por el profesor Luis Guijarro.
Propiedades adicionales de las intersecciones y uniones (asociativa,
conmutativa, distributiva), uniones e intersecciones de una cantidad
finita o infinita de conjuntos, diferencia de dos conjuntos. La
paradoja de Russell,
conjunto universal. Complementario y sus propiedades, las leyes de de
Morgan, mención de las álgebras de Boole. El conjunto de partes
de un
conjunto,
ejemplos. Los
números combinatorios y su significado (combinaciones): número de
subconjuntos de k
elementos de un conjunto de n elementos, algunas propiedades relativas
a la suma de números combinatorios, fórmula del binomio de Newton y una
idea para demostrarla por inducción.
Clase 13, L, 30/09/2019: Fórmula para los números combinatorios
en términos de factoriales. Cardinalidad del conjunto de las partes de
un conjunto finito, como corolario de la fórmula del binomio de Newton.
Aclaración del concepto de conjuntos disjuntos (del tema anterior). Producto cartesiano de dos conjuntos, ejemplos, propiedades.
Clase 14, M, 01/10/2019: Demostración de una propiedad del producto
cartesiano. Concepto de función, ejemplos, dominio, conjunto de
llegada, gráfica
de una función, restricción. Imagen de un conjunto por una función.
Funciones suprayectivas, funciones inyectivas, ejemplos.
Clase 15, X, 02/10/2019: Más ejemplos, funciones
biyectivas. Restricción (del dominio) como forma de hacer de una función otra inyectiva; reducción del conjunto de llegada como forma de hacer de una función otra suprayectiva. Preimagen de un conjunto por una función; propiedades
de la imagen y de la preimagen respecto a las inclusiones, uniones e intersecciones, ejemplos.
Clase 16, J, 03/10/2019: Composición de dos funciones, ejemplos,
la no conmutatividad de la composición.
Función inversa de una función biyectiva, ejemplos: funciones raíz
cuadrada y arco seno. Clase 17, L, 07/10/2019: De vuelta a la
combinatoria: principio del
palomar, ejemplos; principio de inclusión-exclusión, ejemplos.
Clase 18, M, 08/10/2019: Relaciones binarias: definición,
ejemplos y propiedades típicas: reflexiva, simétrica, antisimétrica y
transitiva. Relaciones de orden; orden total, orden parcial. Ejemplos:
orden habitual en los reales, inclusión entre conjuntos, divisibilidad.
Elementos mínimos y máximos, ejemplos.
Clase 19, X, 09/10/2019: Elementos minimales
y maximales. Ejemplos de conjuntos parcialmente ordenados con más de un
elemento maximal pero sin elementos máximos y con sólo un elemento
maximal pero sin máximos y similares. Cotas superiores e inferiores, un
ejemplo, conjuntos acotados superior e inferiormente.
Clase 20, J, 10/10/2019: Supremo e ínfimo, más ejemplos en
conjuntos parcialmente ordenados. Supremos e ínfimos de conjuntos en la
recta real. (Algunos ejemplos son ejercicios de la Hoja 3.) Repaso de algunos ejercicios de la lista 2.
Clase 21, L, 14/10/2019: Relaciones de equivalenca, ejemplos,
clases de equivalencia. Repaso de algunos ejercicios de la lista 2.
Clase 22, M, 15/10/2019: Familias indexadas, uniones generales.
Particiones de un conjunto. Las clases de equivalencia inducen una partición del conjunto.
Ejemplos. Ejercicios: Hoja 2.
Clases 23 y 24, X, 16 y J 17/10/2019: Cada partición de un
conjunto induce una relación de equivalencia. Proyección canónica y sus
propiedades. Funciones definidas en el conjunto cociente; una
relación de equivalencia asociada a una función y la correspondiente
biyección. (Estos resultados resuelven algunos ejercicios de la Lista
4.) Ejemplos. Repaso: primer examen parcial del año 2018-19, algunos
ejercicios de las listas 2 y 3.
Primer examen parcial, V, 18/10/2019.
Clases 25 y 26, L, 21/10/2019: Más comentarios sobre las
funciones definidas en el conjunto cociente; ejemplos con congruencias.
Equipotencia de dos conjuntos; propiedad: es una relación de
equivalencia. Cardinales: clases de equivalencia de esta relación.
Conjuntos finitos, conjuntos infinitos. Una propiedad de los conjuntos
finitos: toda función del conjunto en sí mismo es inyectiva si y sólo
si es sobreyectiva. Ejemplos que demuestran que un conjunto infinito
puede ser equipotente a un subconjunto propio. Conjuntos numerables; cardinal alef-cero.
Numerabilidad de los enteros, de los racionales positivos y de los
racionales: demostraciones. Una relación de orden entre cardinales;
comprobación de la reflexividad y transitividad.
Clase 27, M, 22/10/2019: Enunciado
y significado del teorema
de Cantor-Schröder-Bernstein. La relación de desigualdad entre
cardinales es una de orden total. Algunos comentarios generales sobre
los axiomas de la teoría de conjuntos. Versión sencilla del axioma de
elección. La minimalidad del cardinal alef-cero: cada conjunto infinito
tiene un subconjunto numerable; todo subconjunto de un conjunto
numerable es finito o numerable (con demostraciones).
Clase 28, X, 23/10/2019: Equipotencia entre el conjunto de los
reales y todo tipo de intervalos de la recta. Demostración de la no
numerabilidad del intervalo (0,1) y, por tanto, de la recta y de todos
los intervalos. La numerabilidad del producto cartesiano de dos
conjuntos numerables. Varios ejemplos adicionales de conjuntos
numerables y no numerables.
Clase 29, J, 24/10/2019: Reformulación y demostración del teorema de
Cantor-Schröder-Bernstein. Más sobre cardinales infinitos: hipótesis
del continuo (mención de trabajos de Gödel y Cohen). Correspondencia
entre el conjunto de las partes de un conjunto y las funciones
características de sus subconjuntos. Enunciado: el cardinal del
conjunto de partes de un conjunto es más grande que el cardinal del
conjunto inicial.
Clase 30, L, 28/10/2019: Demostración del enunciado
del día anterior (sobre la cardinalidad del conjunto de partes);
relaciones entre los cardinales del continuo y alef-cero. Teoría
de números elemental: breve repaso del buen orden en N y de los
principios del máximo y mínimo en Z. Operaciones binarias, ejemplos y
propiedades básicas (asociatividad, conmutatividad, elemento neutro,
elemento inverso de un elemento).
Clase 31, M, 29/10/2019: Conceptos de grupo y grupo abeliano,
ejemplos relacionados con Z y Q, anillo y anillo conmutativo con
unidad, Z y Q como ejemplos. Propiedades de enteros relacionadas con la
divisibilidad. Algoritmo de la división en Z.
Clase 32, X, 30/10/2019: Máximo común divisor de dos enteros.
Algoritmo de Euclides y dos lemas en los que se basa, ejemplos. Números
coprimos (primos entre sí).
Clase 33, J, 31/10/2019: Propiedad lineal del máximo común
divisor (identidad de Bezout); corolario (para dos números coprimos), un ejemplo. Ecuaciones diofánticas.
Existencia de soluciones. Las soluciones generales a partir de una
solución particular. Ejemplo: expedición de billetes de dos tipos por un cajero
automático.
Clase 34, L, 04/11/2019: Un lema sobre la divisibilidad del
producto de dos enteros y su corolario para los primos. Teorema
fundamental de la aritmética: ejemplos y prueba de la unicidad (la
prueba de la factorización ya se vio antes, en el tema de la inducción
fuerte). Aplicación al cálculo del máximo común divisor. Mínimo común
múltiplo de dos enteros y su cálculo usando el teorema fundamental de
la aritmética.
Clase 35, M, 05/11/2019: De vuelta a las congruencias módulo n;
sistemas completos de restos módulo n. Operaciones con
congruencias: suma y multiplicación. Ejemplos. Corolarios: múltiplos y
potencias. Criterios de divisibilidad por 9 y por 3.
Clase 36, X, 06/11/2019: Más ejemplos de aplicaciones de las
congruencias. El pequeño teorema de Fermat; un ejemplo relacionado.
Otras ecuaciones diofánticas, las ternas pitagóricas y un poco de
historia del último teorema de Fermat.
Congruencias de dos enteros módulo varios números y el mínimo común
múltiplo. Un
corolario y una aplicación.
Clase 37, J, 07/11/2019: Operaciones con clases de congruencias: propiedades algebraicas de Zn
- otro ejemplo de anillo conmutativo con unidad. Cuerpos: definición y ejemplos. Caso de n primo: existencia y unicidad
del inverso para la multiplicación de cada elemento no nulo en Zn. Ecuaciones
con congruencias: planteamiento del problema y relación con ecuaciones diofánticas; enunciado.
Clases 38 y 39: X, 13/11/2019: Demostración del resultado sobre
las soluciones de la ecuación básica con congruencias. Ejemplos concretos. Aplicaciones: unidades (elementos invertibles en Zn). Teorema chino
del resto. Ejemplos de aplicaciones.
Clase 40, J, 14/11/2019: La función "fi" de Euler y sus
propiedades básicas. Sistemas reducidos de restos módulo m. Teorema de
Euler. Ejemplos de aplicaciones.
Clase 41, L, 18/11/2019: Motivación para extender varias
estructuras conocidas: la necesidad de resolver ciertas ecuaciones
naturales. Extensiones de los racionales; los racionales no tienen la
propiedad del supremo. El enunciado del teorema de la existencia de los
reales como extensión de Q con orden total y con la propiedad del
supremo. Los números complejos: definición formal (con pares ordenados
de números reales) y comprobación de varias propiedades.
Clase 42, M, 19/11/2019: Comprobación de la existencia del
inverso multiplicativo de un número complejo no nulo y de otras propiedades; C contiene una copia de R
y un elemento que tiene la propiedad de la unidad imaginaria. Las
partes real e imaginaria de un número complejo. El conjugado complejo y
algunas de sus propiedades. Representaciones geométricas y simetrías (relacionadas al opuesto y al conjugado).
Clase 43, X, 20/11/2019: Más propieades de la conjugación
compleja, comprobaciones y ejemplos de sus aplicaciones. El módulo de
un número complejo, sus propiedades y demostraciones. La desigualdad
triangular y la desigualdad triangular invertida.
Clase 44, J, 21/11/2019: Representación polar de un número
complejo, argumento, fórmula de Euler. Ejemplos. Multiplicación de
números complejos en forma polar, fórmula de A. de Moivre, ejemplos de aplicaciones.
Clase 45, L, 25/11/2019: Raíces de números complejos, raíces de
la unidad, interpretación geométrica. Ejemplos de cálculos de raíces,
ejemplos combinados con de Moivre.
Clase 46, M, 26/11/2019: Polinomios (con los coeficientes en un
anillo conmutativo y con unidad). Operaciones con ellos: suma y
producto. Ejemplos de operaciones en distintos anillos. El grado máximo
de la suma y del producto; el grado del producto cuando el anillo es un
cuerpo.
Clase 47, X, 27/11/2019: Teorema: el conjunto de los polinomios
es un anillo conmutativo y con unidad. División de dos polinomios con
los coeficientes en un cuerpo: existencia del cociente y del resto. Un ejemplo en Q[x].
Clase 48, J, 28/11/2019: Unicidad del cociente y del resto. Otro ejemplo de división, en Z5[x]. Divisibilidad de un polinomio por otro; propiedades básicas en K[x], K cuerpo. Máximo común divisor de dos polinomios.
Clase 49, M, 03/12/2019: Algoritmo de Euclides, ejemplos de
cálculo de máximo común divisor de dos polinomios. Polinomios coprimos; ejemplos. Condición para poder
resolver una ecuación polinomial lineal (parecida a las diofánticas
estudiadas antes); caso especial: identidad de Bezout
para polinomios.
Clase 50, X, 04/12/2019: Fórmula para las soluciones generales
de una ecuación polinómica lineal y su demostración. Ejemplos de
representación del máximo común divisor de dos polinomios dados como
combinación polinómica lineal de dichos polinomios y de resolución
explícita de una ecuación polinómica lineal. Funciones polinómicas
(evaluación de un polinomio en un anillo).
Clase 51, J, 05/12/2019: Teorema de Bezout (un corolario del
algoritmo de la división de polinomios). Ejemplos. Ceros de un
polinomio y su multiplicidad (orden). Ejemplos. Número máximo de ceros en el cuerpo K de un polinomio en K[x]. Ejemplos pertinentes.
Clase 52, M, 10/12/2019: Diversos corolarios de la proposición del otro día (sobre el número máximo de ceros en el cuerpo K de un polinomio en K[x]. Comentarios sobre los polinomios y funciones polinómicas en Zp[x]. Teorema fundamental del álgebra; ejemplos de factorización en factores lineales en C[x]. Raíces racionales de los polinomios en Z[x]: un criterio para acotar la búsqueda.
Clase 53, X, 11/12/2019: Ejemplo de búsqueda de raíces
racionales de un polinomio; comentarios relativos a las raíces
racionales de los polinomios en Z[x] y en Q[x].
Polinomios reducibles e irreducibles: definición, comentarios y
ejemplos. Reducibilidad de un polinomio de grado 2 ó 3 y coeficientes
en un cuerpo. Criterios de irreducibilidad para polinomios en C[x] y en R[x].
Clase 54, J, 12/12/2019: El contenido de un polinomio con coeficientes enteros; polinomios
primitivos. Observaciones y ejemplos. Reducibilidad en Z[x] y en Q[x]: lema de Gauss, otros resultados auxiliares, teorema de Gauss. Criterio
de Eisenstein (enunciado), un ejemplo.
Clase 55, L, 16/12/2019 (impartida por F. Cantero, profesor del grupo de prácticas): Demostración del criterio de
Eisenstein, más ejemplos de irreducibilidad y factorización de
polinomios en Q[x] y C[x].
La derivada y la multiplicidad de un cero. Relación entre la reducibilidad en Z[x] y en Zp[x],p primo. Repaso: un ejercicio
de los exámenes parciales anteriores.
Clase 56, M, 17/12/2019: Un ejercicio de otro examen parcial
anterior. Repaso de ejemplos de factorización e irreducibilidad; criterios de reducibilidad módulo p (p
primo). De vuelta al axioma de elección; función de elección. Idea de
algunas aplicaciones. Conjuntos bien ordenados y el teorema
de Zermelo (enunciado).
Clase 57, X, 18/12/2019: Cadenas en conjuntos parcialmente
ordenados, elementos maximales. Principio de maximalidad de Hausdorff y
Lema de Zorn: enunciados. Esquema de la demostración de la equivalencia
entre Axioma de elección, Zermelo, Hausdorff y Zorn y demostraciones de
que el Principio de Hausdorff implica el Lema de Zorn y el Lema de Zorn
implica el Axioma de elección.
Clases 58 y 59, J, 19/12/2019: Tercer examen parcial (en clase).