www.wikidata.de-de.nina.az
Ordnungsrelationen sind in der Mathematik Verallgemeinerungen der kleiner gleich Beziehung Sie erlauben es Elemente einer Menge miteinander zu vergleichen Eine Ordnungsrelation ist formal eine zweistellige Relation R M M displaystyle R subseteq M times M auf einer Menge M displaystyle M mit bestimmten unten aufgefuhrten Eigenschaften worunter immer die Transitivitat ist Ist eine Menge M displaystyle M mit einer Ordnungsrelation R displaystyle R gegeben dann nennt man das Paar M R displaystyle M R eine geordnete Menge Meist bevorzugt man an Stelle der Schreibweise a b R displaystyle a b in R die sogenannte Infix Notation a R b displaystyle a R b Ausserdem wird fur Ordnungsrelationen nur selten ein Symbol wie R displaystyle R verwendet Stattdessen verwendet man haufig Symbole wie displaystyle leq displaystyle preceq oder ahnliche Die Schreibweisen a lt b displaystyle a lt b oder a b displaystyle a prec b verwendet man als Abkurzung fur a b displaystyle a leq b und a b displaystyle a neq b oder a b displaystyle a preceq b und a b displaystyle a neq b Es folgt eine Auflistung verschiedener Arten von Ordnungsrelationen mit Beispielen Fur Definitionen der Eigenschaften siehe transitiv reflexiv und irreflexiv asymmetrisch antisymmetrisch oder den Artikel Relation Mathematik Inhaltsverzeichnis 1 Totalordnung 2 Strenge Totalordnung 3 Vergleichbarkeit 4 Quasiordnung 5 Halbordnung 5 1 Strenge Halbordnung 5 2 Intervalle 5 3 Weitere Anwendung der Halbordnung 5 4 Vorganger und Nachfolger 5 5 Minimale maximale und andere Elemente 5 6 Lokal endliche Halbordnung 6 Striktordnung 7 Strenge schwache Ordnung 8 Zusammensetzung von Ordnungen 8 1 Kreuzprodukt 8 2 Mehrdimensionale Intervalle 9 Induktive Ordnung 10 Fundierte Ordnung 11 Wohlquasiordnung 12 Wohlordnung 13 Baum 14 Verbandsordnung 15 Vollstandige Halbordnung 16 Konstruktion neuer Ordnungen 16 1 Verkettung 16 2 Ordnungen auf dem kartesischen Produkt 17 Ordnungstheoretischer Stetigkeitsbegriff 18 Homomorphismen 19 Verwendung der Begriffe 20 Siehe auch 21 Literatur 22 Weblinks 23 EinzelnachweiseTotalordnung BearbeitenEine Relation displaystyle leq nbsp auf einer Menge M displaystyle M nbsp wird schwache Totalordnung oder totale Ordnung oder einfach schwache Ordnung genannt wenn die Forderungen x x displaystyle x leq x nbsp Reflexivitat x y y x x y displaystyle x leq y land y leq x Rightarrow x y nbsp Antisymmetrie x y y z x z displaystyle x leq y land y leq z Rightarrow x leq z nbsp Transitivitat x y y x displaystyle x leq y lor y leq x nbsp Totalitat fur alle x y z M displaystyle x y z in M nbsp erfullt sind Da dies bei der Zahlengeraden der Linie der Fall ist wird eine Totalordnung auch lineare Ordnung genannt Ferner gibt es fur totalgeordnete Untermengen von partiell geordneten Mengen die Bezeichnung Kette Die durch x y y x displaystyle x preceq y Longleftrightarrow y leq x nbsp definierte Umkehrrelation displaystyle preceq nbsp einer Totalordnung displaystyle leq nbsp ist selbst eine Totalordnung Bei Umkehrrelationen wird gerne das gespiegelte Symbol als Relationszeichen genommen in diesem Fall displaystyle geq nbsp statt displaystyle preceq nbsp also x y y x displaystyle x geq y Longleftrightarrow y leq x nbsp Im Fall der totalen Quasi Ordnungen hat dies eine besondere Berechtigung weil bei ihnen die inverse Relation eine Spiegelung ist Eine endliche Untermenge einer totalgeordneten Menge lasst sich gemass dieser Ordnung in eindeutiger Weise sortieren das heisst in eine lineare Reihenfolge bringen derart dass jedes Element mit seinem Folgeelement in der Ordnungsbeziehung steht Solchermassen geordnet nennt man die Sortierung aufsteigend Gilt stattdessen zwischen zwei Nachbarelementen die gespiegelte Ordnungsrelation nennt man die Sortierung absteigend Der schwachere Begriff der totalen Quasiordnung siehe unten erlaubt das Vorhandensein von Duplikaten also eine nicht eindeutige Sortierung Beispiel und Gegenbeispiel Ein Beispiel ist die Relation displaystyle leq nbsp kleiner gleich auf den ganzen Zahlen Z displaystyle mathbb Z nbsp Ein Gegenbeispiel ist die Teilmengenbeziehung displaystyle subseteq nbsp auf der Potenzmenge von Z displaystyle mathbb Z nbsp sie ist nicht total denn es gilt weder 1 2 2 3 displaystyle 1 2 subseteq 2 3 nbsp noch 2 3 1 2 displaystyle 2 3 subseteq 1 2 nbsp Strenge Totalordnung BearbeitenEine Relation lt displaystyle lt nbsp auf M displaystyle M nbsp heisst strenge oder auch starke Totalordnung wenn x lt y y lt z x lt z displaystyle x lt y land y lt z Rightarrow x lt z nbsp Transitivitat entweder x lt y displaystyle x lt y nbsp oder x y displaystyle x y nbsp oder y lt x displaystyle y lt x nbsp Trichotomie fur alle x y z M displaystyle x y z in M nbsp gilt Da eine strenge Totalordnung nicht reflexiv ist ist sie keine Totalordnung Eine Totalordnung im oben erklarten schwachen Sinn ist aber die zu lt displaystyle lt nbsp gehorige Ordnung mit Reflexivitat und Antisymmetrie die durch x y x lt y oder x y displaystyle x leq y Leftrightarrow x lt y text oder x y nbsp definiert ist Umgekehrt wird aus jeder schwachen Totalordnung displaystyle leq nbsp auf M displaystyle M nbsp per x lt y x y und x y displaystyle x lt y Leftrightarrow x leq y text und x neq y nbsp eine strenge Totalordnung lt displaystyle lt nbsp Vergleichbarkeit BearbeitenGilt fur zwei Elemente x M displaystyle x in M nbsp und y M displaystyle y in M nbsp dass wenigstens eine der drei Beziehungen und da sie sich gegenseitig ausschliessen genau eine x lt y displaystyle x lt y nbsp oder x y displaystyle x y nbsp oder y lt x displaystyle y lt x nbsp erfullt ist dann nennt man x displaystyle x nbsp und y displaystyle y nbsp in M displaystyle M nbsp unter der Ordnungsrelation lt gt displaystyle lt gt nbsp vergleichbar Eine Ordnungsrelation bei der jedes Element mit jedem vergleichbar ist nennt man eine totale Ordnungsrelation Quasiordnung Bearbeiten Hauptartikel Quasiordnung Eine Quasiordnung ist eine transitive und reflexive Relation Beispiel Fur komplexe Zahlen a b C displaystyle a b in mathbb C nbsp ist die uber den Absolutbetrag durch a b falls a b displaystyle a leq b text falls a leq b nbsp festgelegte Relation eine Quasiordnung Diese Quasiordnung ist nicht antisymmetrisch also keine Halbordnung denn betragsgleiche Zahlen mussen nicht identisch sein Jedoch handelt es sich um eine totale Quasiordnung da je zwei Elemente vergleichbar sind Halbordnung BearbeitenEine Halbordnung auch Partialordnung Teilordnung oder partielle Ordnung genannt zeichnet sich gegenuber einer totalen Ordnung dadurch aus dass die Totalitat dahingehend abgeschwacht wird dass jedes Element mindestens zu sich selbst in Relation steht Reflexivitat Es ist also eine reflexive antisymmetrische und transitive Relation bei der also x x displaystyle x leq x nbsp Reflexivitat x y y x x y displaystyle x leq y land y leq x Rightarrow x y nbsp Antisymmetrie x y y z x z displaystyle x leq y land y leq z Rightarrow x leq z nbsp Transitivitat fur alle x y z M displaystyle x y z in M nbsp erfullt sind Die Umkehrrelation einer Halbordnung y x x y displaystyle y preceq x Longleftrightarrow x leq y nbsp ist wiederum eine Halbordnung Halbordnungen konnen in Hasse Diagrammen visualisiert werden Eine Teilmenge einer halbgeordneten Menge heisst Oberhalbmenge wenn sie zu jedem ihrer Elemente auch alle nachfolgenden Elemente also alle die rechts vom Relationssymbol stehen konnten enthalt Mit Hilfe des Auswahlaxioms kann man beweisen dass jede Halbordnung in eine Totalordnung eingebettet werden kann Fur endliche Mengen muss man das Auswahlaxiom nicht voraussetzen und in diesem Fall gibt es zur Konstruktion einer solchen Totalordnung auch explizite Algorithmen siehe Topologische Sortierung Beispiele Jede Teilmengenbeziehung A B displaystyle A subseteq B nbsp auf einem System M displaystyle mathfrak M nbsp von Mengen ist eine Halbordnung denn sie ist transitiv da die Teilmenge einer Teilmenge von A displaystyle A nbsp auch Teilmenge von A displaystyle A nbsp ist C B A C A displaystyle C subseteq B subseteq A Rightarrow C subseteq A nbsp fur alle A B C M displaystyle A B C in mathfrak M nbsp reflexiv da jede Menge eine Teilmenge ihrer selbst ist A A displaystyle A subseteq A nbsp fur alle A M displaystyle A in mathfrak M nbsp und antisymmetrisch da nur A displaystyle A nbsp selbst sowohl Teilmenge als auch Obermenge von A displaystyle A nbsp ist A B B A A B displaystyle A subseteq B wedge B subseteq A Rightarrow A B nbsp fur alle A B M displaystyle A B in mathfrak M nbsp Weitere Beispiele komponentenweise kleiner oder gleich n displaystyle leq n nbsp 1 Fur eine fest gewahlte naturliche Zahl n displaystyle n nbsp und zwei Tupel aus einer Menge von n displaystyle n nbsp Tupeln gilt a 1 a 2 a n n b 1 b 2 b n a i b i displaystyle left a 1 a 2 ldots a n right leq n left b 1 b 2 ldots b n right Longleftrightarrow a i leq b i nbsp fur jedes i 1 2 n displaystyle i 1 2 ldots n nbsp Dies ist ein Spezialfall einer von einem Kegel induzierten Halbordnung die zu dem Begriff der sogenannten verallgemeinerten Ungleichungen fuhrt die eine wichtige Rolle in der Optimierung spielen Teilerbeziehung displaystyle mid nbsp Fur zwei naturliche Zahlen gilt a b a t e i l t b n N n a b displaystyle a mid b a mathrm teilt b Longleftrightarrow exists n in mathbb N n cdot a b nbsp Strenge Halbordnung Bearbeiten So wie sich die strenge Totalordnung von der Totalordnung dadurch unterscheidet dass Reflexivitat und Antisymmetrie durch Irreflexivitat ersetzt werden so wird eine strenge Halbordnung durch Irreflexivitat und Transitivitat bestimmt Wie bei der strengen Totalordnung fallt bei der strengen Halbordnung der Gleichheitsstrich in der Notation weg oder wird gar durch ein Ungleichzeichen ersetzt Ein Beispiel ist die Relation echte Teilmenge bei den Mengen Intervalle Bearbeiten Mit einem Ordnungsbegriff displaystyle leq nbsp lasst sich der Begriff des Intervalls bilden 2 Fur a M b M displaystyle a in M b in M nbsp und x M displaystyle x in M nbsp sei also abgeschlossenes Intervall a b displaystyle a b nbsp x M a x b displaystyle x in M mid a leq x leq b nbsp offenes Intervall a b a b displaystyle a b equiv a b nbsp x M a lt x lt b displaystyle x in M mid a lt x lt b nbsp halboffenes genauer rechtsoffenes Intervall a b a b displaystyle a b equiv a b nbsp x M a x lt b displaystyle x in M mid a leq x lt b nbsp halboffenes genauer linksoffenes Intervall a b a b displaystyle a b equiv a b nbsp x M a lt x b displaystyle x in M mid a lt x leq b nbsp rechtsseitig unendliches abgeschlossenes Intervall a a displaystyle a infty equiv a infty nbsp x M a x displaystyle x in M mid a leq x nbsp rechtsseitig unendliches offenes Intervall a a displaystyle a infty equiv a infty nbsp x M a lt x displaystyle x in M mid a lt x nbsp linksseitig unendliches abgeschlossenes Intervall b b displaystyle infty b equiv infty b nbsp x M x b displaystyle x in M mid x leq b nbsp linksseitig unendliches offenes Intervall b b displaystyle infty b equiv infty b nbsp x M x lt b displaystyle x in M mid x lt b nbsp beidseitig unendliches offenes und zugleich abgeschlossenes Intervall displaystyle infty infty equiv infty infty nbsp M displaystyle M nbsp Die Begriffe abgeschlossen offen rechts und links stammen vom Fall M R displaystyle M mathbb R nbsp ab Man beachte dass man im Fall einer Halbordnung wegen fehlender Totalitat oft leere Intervalle erhalt im Fall einer Quasiordnung oft mehr etwa ganze Kreisscheiben oder Kugelschalen Im Zusammenhang mit gewissen Anwendungen eindimensionaler Intervalle konnen Konkretisierungen entsprechender Halbordnungen untersucht werden die insbesondere in der englischsprachigen Literatur als Semiordnungen Semiorder und Intervallordnungen Interval order bezeichnet werden Hierbei stehen die Aspekte uberlappender Intervalle und gegebenenfalls vorliegender Intransitivitat der Indifferenz im Mittelpunkt Weitere Anwendung der Halbordnung Bearbeiten Um den Grad der Vorsortiertheit einer Menge zu messen kann man die Anzahl der moglichen Fortsetzungen einer Halbordnung zu einer linearen Ordnung angeben Ist beispielsweise die geordnete Menge X displaystyle X leq nbsp mit X a b c displaystyle X a b c nbsp und a b displaystyle a leq b nbsp gegeben so gibt es drei mogliche Fortsetzungen a b c displaystyle a leq b leq c nbsp a c b displaystyle a leq c leq b nbsp und c a b displaystyle c leq a leq b nbsp Der Grad der Vorsortiertheit ist also in diesem Fall e 3 displaystyle e leq 3 nbsp Das Sortierverfahren Natural Mergesort nutzt vorsortierte Teilstucke fur eine vollstandige Sortierung der Menge Vorganger und Nachfolger Bearbeiten Hauptartikel Vorganger und Nachfolger Mathematik Sei displaystyle leq nbsp eine schwache totale oder partielle Ordnung auf der Menge M displaystyle M nbsp Fur x z M displaystyle x z in M nbsp mit x z x z displaystyle x leq z land x neq z nbsp heisst x displaystyle x nbsp ein Vorganger von z displaystyle z nbsp und z displaystyle z nbsp ein Nachfolger von x displaystyle x nbsp Wenn es kein y M displaystyle y in M nbsp gibt mit x y x y y z y z displaystyle x leq y land x neq y land y leq z land y neq z nbsp dann heisst x displaystyle x nbsp der direkte auch unmittelbare Vorganger von z displaystyle z nbsp und z displaystyle z nbsp der direkte bzw unmittelbare Nachfolger von x displaystyle x nbsp 3 Fur eine starke gleichbedeutend strikte totale oder partielle Ordnung lt displaystyle lt nbsp auf M displaystyle M nbsp gilt formal ebenfalls die obige Definition mit Notation lt displaystyle lt nbsp anstelle von displaystyle leq nbsp 3 Die Kriterien konnen in diesem Fall jedoch wie folgt vereinfacht werden Sei lt displaystyle lt nbsp auf der Menge M displaystyle M nbsp Fur x z M displaystyle x z in M nbsp mit x lt z displaystyle x lt z nbsp heisst x displaystyle x nbsp ein Vorganger von z displaystyle z nbsp und z displaystyle z nbsp ein Nachfolger von x displaystyle x nbsp Wenn es kein y M displaystyle y in M nbsp gibt mit x lt y lt z displaystyle x lt y lt z nbsp d h x lt y y lt z displaystyle x lt y land y lt z nbsp dann heisst x displaystyle x nbsp der direkte auch unmittelbare Vorganger von z displaystyle z nbsp und z displaystyle z nbsp der direkte bzw unmittelbare Nachfolger von x displaystyle x nbsp Minimale maximale und andere Elemente Bearbeiten Sei T displaystyle T nbsp eine Teilmenge einer halbgeordneten Menge P displaystyle P nbsp Wenn m T displaystyle m in T nbsp die Eigenschaft hat dass es kein x T displaystyle x in T nbsp mit x lt m displaystyle x lt m nbsp gibt dann heisst m displaystyle m nbsp minimales Element von T displaystyle T nbsp Falls es ein Element m T displaystyle m in T nbsp gibt das m x displaystyle m leq x nbsp fur alle Elemente x T displaystyle x in T nbsp erfullt dann heisst m displaystyle m nbsp das kleinste Element von T displaystyle T nbsp Ein kleinstes Element von T displaystyle T nbsp wenn es das gibt z B hat die Menge der ganzen Zahlen kein kleinstes Element ist immer eindeutig bestimmt wegen der Antisymmetrie und naturlich auch minimal In einer Totalordnung bedeuten kleinstes Element und minimales Element dasselbe aber in allgemeinen Halbordnungen kann eine Menge mehrere minimale Elemente haben von denen dann keines das kleinste ist Es kann sogar vorkommen dass eine unendliche Menge T displaystyle T nbsp zwar ein einziges minimales Element hat dieses aber nicht das kleinste Element der Menge ist dann hat T displaystyle T nbsp kein kleinstes Element Beispiel In M 0 a 0 lt a lt 1 2 displaystyle M 0 a mid 0 lt a lt 1 cup 2 nbsp versehen mit displaystyle subseteq nbsp als Halbordnung ist 2 displaystyle 2 nbsp ein minimales Element sogar das einzige aber nicht das kleinste da 2 A displaystyle 2 subseteq A nbsp nicht fur alle A M displaystyle A in M nbsp gilt Wenn T displaystyle T nbsp eine Teilmenge von P displaystyle P nbsp ist und p P displaystyle p in P nbsp die Eigenschaft hat dass fur alle t T displaystyle t in T nbsp die Beziehung p t displaystyle p leq t nbsp gilt dann heisst p displaystyle p nbsp eine untere Schranke von T displaystyle T nbsp p displaystyle p nbsp kann muss aber nicht Element von T displaystyle T nbsp sein Wenn es eine grosste untere Schranke der Menge T displaystyle T nbsp gibt dann nennt man diese auch die untere Grenze oder das Infimum von T displaystyle T nbsp Eine untere Schranke ist also kleiner als das oder gleich dem Infimum Analog sind die Begriffe maximales Element grosstes Element obere Schranke und obere Grenze bzw Supremum definiert Eine Menge die sowohl eine obere als auch eine untere Schranke hat heisst beschrankt Analog sind nach oben beschrankt und nach unten beschrankt definiert Man nennt eine Funktion f displaystyle f nbsp die eine beliebige Menge X displaystyle X nbsp in eine halb oder total geordnete Menge siehe unten P displaystyle P nbsp abbildet beschrankt wenn die Menge der Funktionswerte beschrankt ist also wenn es ein p P displaystyle p in P nbsp und ein q P displaystyle q in P nbsp gibt sodass fur alle x X displaystyle x in X nbsp p f x q displaystyle p leq f x leq q nbsp gilt Lokal endliche Halbordnung Bearbeiten Eine Halbordnung M displaystyle M leq nbsp heisst lokal endlich oder Kausalmenge englisch causals set kurz causet wenn jedes Intervall x y z M x z y displaystyle x y z in M x leq z leq y nbsp eine endliche Menge ist Die Kausalmengentheorie untersucht die Einbettung von Kausalmengen in Lorentzsche Mannigfaltigkeiten ohne geschlossene Weltlinien und ist ein Modell fur eine Quanten gravitations theorie Striktordnung BearbeitenEine strenge Ordnung oder Striktordnung ist transitiv und asymmetrisch Der Begriff Asymmetrie fasst die Begriffe Irreflexivitat und Antisymmetrie zusammen Irreflexivitat unterscheidet die Striktordnung von der Halbordnung und bedeutet dass kein Element zu sich selbst in Beziehung steht Eine Striktordnung ist also transitiv irreflexiv und antisymmetrisch Beispiele Die Relation echt kleiner auf R displaystyle mathbb R nbsp die Relation Echte Teilmenge in einer Potenzmenge die Relation komponentenweise kleiner aber nicht gleich auf dem Vektorraum R n displaystyle mathbb R n nbsp Strenge schwache Ordnung BearbeitenEine strenge schwache Ordnung R ist eine Striktordnung bei der zusatzlich negative Transitivitat gilt a R b b R c a R c displaystyle neg aRb land neg bRc Rightarrow neg aRc nbsp Eine strenge schwache Ordnung ist einer totalen Quasiordnung komplementar und umgekehrt Zusammensetzung von Ordnungen BearbeitenKreuzprodukt Bearbeiten Sind U lt displaystyle U lt nbsp und V displaystyle V prec nbsp streng geordnete Mengen dann lasst sich auf U V displaystyle U times V nbsp die ebenfalls strenge Ordnungsrelation u v lt u v u lt u v v displaystyle u times v lt prec overline u times overline v quad Longleftrightarrow quad u lt overline u land v prec overline v nbsp definieren Ist u lt u lt u displaystyle underline u lt u lt overline u nbsp und v lt v v displaystyle underline v lt v prec overline v nbsp dann ist u v lt u v displaystyle u times v lt prec overline u times overline v nbsp Aber die Paare u v gt u v displaystyle u times v gt prec underline u times overline v nbsp und u v lt u v displaystyle u times v lt succ overline u times underline v nbsp sind unter der Ordnungsrelation lt displaystyle lt prec nbsp nicht vergleichbar Jedoch ist u v gt u v displaystyle u times v gt succ underline u times underline v nbsp gleichwertig zu u v lt u v displaystyle underline u times underline v lt prec u times v nbsp und vergleichbar Das bedeutet insgesamt dass eine evtl Totalitat von U lt displaystyle U lt nbsp und V displaystyle V prec nbsp beim Kreuzprodukt verloren geht Mehrdimensionale Intervalle Bearbeiten Hat man eine geordnete Menge M displaystyle M leq nbsp dann lasst sich die Ordnungsrelation nach dem oben definierten Schema fur komponentenweise kleiner oder gleich immer auf die mehrdimensionale Menge M n n displaystyle M n leq n nbsp erweitern da die Transitivitat der Relation displaystyle leq nbsp durch das Hinzufugen weiterer Komponenten von M displaystyle M nbsp nicht verloren geht Allerdings geht Totalitat verloren Und ist displaystyle leq nbsp nicht antisymmetrisch dann ist es n displaystyle leq n nbsp auch nicht Mit dem mehrdimensionalen Ordnungsbegriff n displaystyle leq n nbsp lasst sich der Begriff des Intervalls fur Halbordnungen wie auch fur Quasiordnungen vom Eindimensionalen auf n gt 1 displaystyle n gt 1 nbsp Dimensionen erweitern 2 Fur a a 1 a 2 a n M n b b 1 b 2 b n M n displaystyle a left a 1 a 2 ldots a n right in M n b left b 1 b 2 ldots b n right in M n nbsp und x x 1 x 2 x n M n displaystyle x left x 1 x 2 ldots x n right in M n nbsp sei also abgeschlossenes Intervall a b displaystyle a b nbsp x M n a n x n b displaystyle x in M n mid a leq n x leq n b nbsp offenes Intervall a b a b displaystyle a b equiv a b nbsp x M n a lt n x lt n b displaystyle x in M n mid a lt n x lt n b nbsp halboffenes genauer rechtsoffenes Intervall a b a b displaystyle a b equiv a b nbsp x M n a n x lt n b displaystyle x in M n mid a leq n x lt n b nbsp halboffenes genauer linksoffenes Intervall a b a b displaystyle a b equiv a b nbsp x M n a lt n x n b displaystyle x in M n mid a lt n x leq n b nbsp rechtsseitig unendliches abgeschlossenes Intervall a a displaystyle a infty equiv a infty nbsp x M n a n x displaystyle x in M n mid a leq n x nbsp rechtsseitig unendliches offenes Intervall a a displaystyle a infty equiv a infty nbsp x M n a lt n x displaystyle x in M n mid a lt n x nbsp linksseitig unendliches abgeschlossenes Intervall b b displaystyle infty b equiv infty b nbsp x M n x n b displaystyle x in M n mid x leq n b nbsp linksseitig unendliches offenes Intervall b b displaystyle infty b equiv infty b nbsp x M n x lt n b displaystyle x in M n mid x lt n b nbsp beidseitig unendliches offenes und zugleich abgeschlossenes Intervall displaystyle infty infty equiv infty infty nbsp M n displaystyle M n nbsp Es gibt jedoch auch mehrdimensionale Intervalle deren Verhalten an den Randern sich nicht bei den genannten einordnen lassen z B x 1 x 2 a 1 x 1 b 1 a 2 lt x 2 lt b 2 a b displaystyle x 1 x 2 mid a 1 leq x 1 leq b 1 land a 2 lt x 2 lt b 2 qquad subseteq a b nbsp wo bei der ersten Komponente a 1 b 1 displaystyle a 1 b 1 nbsp der Rand dabei ist bei der zweiten a 2 b 2 displaystyle a 2 b 2 nbsp aber nicht Induktive Ordnung BearbeitenEine halbgeordnete Menge M displaystyle M leq nbsp heisst induktiv geordnet wenn jede linear geordnete Teilmenge von M displaystyle M nbsp eine obere Schranke besitzt Sie heisst streng induktiv geordnet wenn jede linear geordnete Teilmenge eine kleinste obere Schranke besitzt Nach dem Lemma von Zorn besitzt jede induktiv geordnete Menge ein maximales Element Fundierte Ordnung BearbeitenEine fundierte Ordnung ist eine Halbordnung in der es keine unendlichen echt absteigenden Ketten gibt oder aquivalent formuliert bei der jede nichtleere Teilmenge ein minimales Element besitzt Beispiel Die Teilbarkeitsbeziehung zwischen naturlichen Zahlen Wohlquasiordnung BearbeitenEine Wohlquasiordnung ist eine Quasiordnung mit der Eigenschaft dass es zu jeder Folge p 1 p 2 p 3 displaystyle p 1 p 2 p 3 ldots nbsp zwei naturliche Zahlen k lt n displaystyle k lt n nbsp gibt so dass p k p n displaystyle p k leq p n nbsp gilt Wohlordnung BearbeitenEine Wohlordnung ist eine totale Ordnung bei der jede nichtleere Teilmenge ein kleinstes Element besitzt Einige Beispiele Kleinergleich auf den naturlichen Zahlen N displaystyle mathbb N nbsp Die ganzen Zahlen Z displaystyle mathbb Z nbsp mit der Ordnung 0 lt 1 lt 1 lt 2 lt 2 lt 3 lt 3 lt displaystyle 0 lt 1 lt 1 lt 2 lt 2 lt 3 lt 3 lt ldots nbsp Die ganzen Zahlen Z displaystyle mathbb Z nbsp mit der Ordnung 0 lt 1 lt 2 lt 3 lt lt 1 lt 2 lt 3 lt displaystyle 0 lt 1 lt 2 lt 3 lt ldots lt 1 lt 2 lt 3 lt ldots nbsp Der Wohlordnungssatz garantiert die Existenz einer Wohlordnung fur jede Menge zum Beispiel auch fur die reellen Zahlen R displaystyle mathbb R nbsp Er ist zum Auswahlaxiom aquivalent Baum Bearbeiten Hauptartikel Baum Ein Baum ist eine Halbordnung T lt displaystyle T lt nbsp bei der fur jedes x T displaystyle x in T nbsp die Menge y y lt x displaystyle y mid y lt x nbsp der Vorganger von x displaystyle x nbsp wohlgeordnet ist Verbandsordnung BearbeitenEine Verbandsordnung ist eine Halbordnung in der es zu je zwei Elementen v displaystyle v nbsp und w displaystyle w nbsp immer ein Supremum sup v w displaystyle sup v w nbsp und ein Infimum inf v w displaystyle inf v w nbsp gibt Durch jede Verbandsordnung ist die algebraische Struktur eines Verbandes gegeben indem man fur je zwei Elemente v displaystyle v nbsp und w displaystyle w nbsp definiert v w sup v w displaystyle v vee w sup v w nbsp v w inf v w displaystyle v wedge w inf v w nbsp Umgekehrt lasst sich in jedem Verband durch v w v w w displaystyle v leq w iff v vee w w nbsp fur je zwei Elemente v displaystyle v nbsp und w displaystyle w nbsp eine Verbandsordnung definieren so dass sup v w v w displaystyle sup v w v vee w nbsp inf v w v w displaystyle inf v w v wedge w nbsp Eine verbandsgeordnete Menge wird daher oft Verband genannt sie selbst ist jedoch im Gegensatz zum Verband keine algebraische Struktur Vollstandige Halbordnung BearbeitenEine vollstandige Halbordnung engl pointed complete partial order dcpo cppo auch cpo ist eine Halbordnung mit einem kleinsten Element und der Eigenschaft dass jede Teilmenge die eine aufsteigende Kette x 0 x 1 x 2 displaystyle x 0 leq x 1 leq x 2 leq dotsb nbsp bildet ein Supremum besitzt Das Supremum muss dabei nicht in der Teilmenge selbst liegen Bei einer gerichteten vollstandigen Halbordnung engl directed complete partial order DCPO muss im Gegensatz zur vollstandigen Halbordnung die leere Menge kein Supremum besitzen Es muss damit kein kleinstes Element geben Diese beiden Vollstandigkeitsbegriffe spielen eine Rolle bei Beweisen mit Hilfe des Lemmas von Zorn Davon zu unterscheiden ist der an die Topologie angelehnte Begriff Ordnungsvollstandigkeit Konstruktion neuer Ordnungen BearbeitenAus vorhandenen Ordnungen lassen sich auf sehr unterschiedliche Weise neue Ordnungen konstruieren Verkettung Bearbeiten Ahnlich den Zeichenketten lassen sich zwei geordnete Mengen zu einer dritten geordneten Menge verketten englisch ordinal sum 4 Dabei ist fur zwei geordnete Mengen A lt A displaystyle A lt A nbsp und B lt B displaystyle B lt B nbsp die Menge A lt B lt displaystyle bigl A cup lt B lt cup bigr nbsp die geordnete Menge die die disjunkte Vereinigungsmenge A B displaystyle A sqcup B nbsp zur Grundmenge hat und mit der vereinigten Ordnungsrelation lt displaystyle lt cup nbsp ausgestattet ist die fur a 1 a 2 A displaystyle a 1 a 2 in A nbsp und b 1 b 2 B displaystyle b 1 b 2 in B nbsp deren Ordnung in A displaystyle A nbsp resp B displaystyle B nbsp als a 1 lt a 2 a 1 lt A a 2 displaystyle a 1 lt cup a 2 Longleftrightarrow a 1 lt A a 2 nbsp resp b 1 lt b 2 b 1 lt B b 2 displaystyle b 1 lt cup b 2 Longleftrightarrow b 1 lt B b 2 nbsp fortsetzt und zusatzlich fur a A b B displaystyle a in A b in B nbsp die durch die Reihenfolge der Operanden zuerst A displaystyle A nbsp dann B displaystyle B nbsp in A lt B displaystyle A cup lt B nbsp spezifizierte Ordnung a lt b displaystyle a lt cup b nbsp festlegt Die so definierte Relation lt displaystyle lt cup nbsp ist wieder eine Ordnung die total ist wenn die Ausgangsordnungen total sind Es existieren auch die abgekurzten Schreibweisen A lt B lt displaystyle A cup lt B lt nbsp oder A lt B displaystyle A cup lt B nbsp oder bei ausreichendem anderweitigem Kontext gar nur A B displaystyle A cup B nbsp Das Konzept lasst sich auf beliebige geordnete Indexmengen und damit gebildete disjunkte Vereinigungsmengen erweitern Ordnungen auf dem kartesischen Produkt Bearbeiten nbsp Lexikographische Ordnung auf N N displaystyle mathbb N times mathbb N nbsp Die verstarkten Linien nach rechts oben sind unendlich lang nbsp Hasse Diagramm der Produkt Ordnung auf N N displaystyle mathbb N times mathbb N nbsp Je weiter unten links oder rechts desto lt kleiner Im kartesischen Produkt A B displaystyle A times B nbsp zweier geordneter Mengen A displaystyle A nbsp und B displaystyle B nbsp lassen sich bilden die Lexikographische Ordnung a 1 b 1 lt a 2 b 2 a 1 lt a 2 a 1 a 2 b 1 lt b 2 displaystyle a 1 b 1 lt a 2 b 2 Longleftrightarrow a 1 lt a 2 lor a 1 a 2 land b 1 lt b 2 nbsp ist total wenn die Ausgangsmengen total geordnet sind die Produktordnung englisch product order 4 a 1 b 1 a 2 b 2 a 1 a 2 b 1 b 2 displaystyle left a 1 b 1 right leq left a 2 b 2 right Longleftrightarrow a 1 leq a 2 land b 1 leq b 2 nbsp ist nicht total Die so konstruierten Ordnungen konnen auf kartesische Produkte von mehr als 2 Mengen erweitert werden Die Erweiterungsoperation erweist sich dabei als assoziativ Ordnungstheoretischer Stetigkeitsbegriff BearbeitenOrdnungstheoretisch lasst sich die Stetigkeit als Vertraglichkeit einer Funktion mit dem Supremum vollstandiger Halbordnungen A B displaystyle A B nbsp fassen Eine Funktion f A B displaystyle f colon A rightarrow B nbsp heisst stetig wenn f X f X displaystyle f left bigsqcup X right bigsqcup f X nbsp fur alle gerichteten Teilmengen X A displaystyle X subseteq A nbsp gilt 5 Dieser Begriff spielt in der Bereichstheorie eine zentrale Rolle 6 Ahnlich der Folgenstetigkeit oben werden auch hier Grenzwerte wieder auf Grenzwerte abgebildet In diesem Zusammenhang folgt aus der Stetigkeit einer Funktion deren Monotonie Umgekehrt bildet jede monotone Funktion eine gerichtete Menge wieder auf eine solche ab wodurch die Existenz des Supremums des Abbilds dann von vornherein gewiss ist und nicht mehr gezeigt werden muss Viele Autoren nehmen die Monotonie als Voraussetzung in die Definition der Stetigkeit auf Homomorphismen BearbeitenSeien X displaystyle X nbsp und X displaystyle X nbsp geordnete Mengen Eine Abbildung f X X displaystyle varphi colon X rightarrow X nbsp heisst isoton ordnungserhaltend ordnungstreu oder Ordnungshomomorphismus wenn x y f x f y displaystyle x leq y Rightarrow varphi x leq varphi y nbsp fur alle x y X displaystyle x y in X nbsp gilt Verwendung der Begriffe BearbeitenDie Autoren benutzen den Begriff Ordnung unterschiedlich Er kann eine Halbordnung oder eine totale Ordnung bezeichnen Vermutlich induziert von den Polaritaten halb und total findet man somit haufig die Abgrenzung Ordnung im Sinn von Halbordnung displaystyle quad longleftrightarrow quad nbsp totale Ordnungoder auch Halbordnung displaystyle quad longleftrightarrow quad nbsp Ordnung im Sinn von totale Ordnung Siehe auch BearbeitenEine Ordnungsrelation auf einer Menge von Guterbundeln heisst in der Mikrookonomie Praferenzrelation In der Algebra werden meist totale Ordnungsrelationen auf einer Menge betrachtet die mit der Verknupfung bzw den Verknupfungen auf dieser Menge vertraglich sind Siehe als Beispiel Geordneter Korper In der Geometrie lassen sich unter bestimmten Bedingungen Anordnungen der Punkte auf jeder Geraden einfuhren Man spricht hier zunachst von Zwischenrelationen dies sind dreistellige Relationen aus denen sich in wichtigen Spezialfallen totale miteinander und mit der geometrischen Struktur vertragliche Ordnungen auf diesen Punktreihen ergeben Jede totalgeordnete Menge lasst sich mit einer durch die Ordnung bestimmten topologischen Struktur der Ordnungstopologie ausstatten Lexikographische OrdnungLiteratur BearbeitenRudolf Berghammer Ordnungen Verbande und Relationen mit Anwendungen 2 durchgesehene und korrigierte Auflage Springer Vieweg Wiesbaden 2012 ISBN 978 3 658 00618 1 Marcel Erne Einfuhrung in die Ordnungstheorie Bibliographisches Institut Mannheim u a 1982 ISBN 3 411 01638 8 Bernhard Ganter Diskrete Mathematik Geordnete Mengen Springer Spektrum Berlin Heidelberg 2013 ISBN 978 3 642 37499 9 Egbert Harzheim Ordered Sets Advances in Mathematics Bd 7 Springer New York NY 2005 ISBN 0 387 24219 8 Ingmar Lehmann Wolfgang Schulz Mengen Relationen Funktionen Eine anschauliche Einfuhrung 3 uberarbeitete und erweiterte Auflage Teubner Wiesbaden 2007 ISBN 978 3 8351 0162 3 Wiebke Petersen Mathematische Grundlagen der Computerlinguistik Ordnungsrelationen 4 Foliensatz Heinrich Heine Universitat Dusseldorf Institute of Language and Information PDF WS 2011 12 WS 2013 14 abgerufen am 21 April 2018 Weblinks Bearbeiten nbsp Wikibooks Mathe fur Nicht Freaks Ordnungsrelation Lern und Lehrmaterialien Ordnungsrelation im Lexikon der Mathematik auf Spektrum deEinzelnachweise Bearbeiten Manchmal auch ohne Exponent n displaystyle n nbsp also displaystyle preceq nbsp displaystyle leq nbsp oder einfach displaystyle prec nbsp geschrieben a b interval Auf nLab Stand 30 Dezember 2020 a b W Petersen WS 2001 12 S 93 WS 2013 14 S 90 Die Begriffe werden oft auch fur andere Relationen R displaystyle R nbsp anstelle der hier aufgefuhrten schwachen displaystyle leq nbsp bzw starken lt displaystyle lt nbsp Teil Ordnungsrelationen verwendet Achtung Manche Autoren bezeichnen nur die unmittelbaren d h direkten Vorganger bzw Nachfolger als Vorganger respektive Nachfolger Was oben als Vorganger Nachfolger definiert ist ware dann ein Vorganger bzw Nachfolger im weiteren Sinn Ein solcher muss aber nicht zwangslaufig uber eine Sequenz direkter d h unmittelbarer Vorganger bzw Nachfolger quasi indirekt oder mittelbar erreichbar sein z B 0 und 1 auf R lt displaystyle mathbb R lt nbsp oder Q lt displaystyle mathbb Q lt nbsp a b J Neggers Hee Sik Kim Basic Posets 4 2 Product Order and Lexicographic Order In World Scientific 1998 ISBN 978 981 02 3589 5 S 62 63 Dana Scott Continuous Lattices In SLNM 274 1972 S 97 136 Proposition 2 5 S a Scott 1971 PDF 1 2 MB Roberto M Amadio and Pierre Louis Curien Domains and Lambda Calculi Cambridge University Press 1998 ISBN 0 521 62277 8 S 2 Normdaten Sachbegriff GND 4172733 2 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Ordnungsrelation amp oldid 231974406