Relaciones: introducción formal

Idea clave:
Antes de estudiar funciones, primero debemos comprender qué es una relación. Una relación permite asociar elementos de un conjunto con elementos de otro conjunto.

1. Idea intuitiva de relación

Definición intuitiva:
Una relación es una correspondencia entre elementos de dos conjuntos.
Por ejemplo, si un conjunto contiene estudiantes y otro contiene materias, podemos relacionar cada estudiante con la materia que prefiere.
Ejemplo:
A = {Ana, Luis, Marta}
B = {Matemáticas, Física, Arte}

Una relación posible es:
R = {(Ana, Matemáticas), (Luis, Física), (Marta, Arte)}

Aquí cada par ordenado muestra que un elemento del primer conjunto queda asociado con un elemento del segundo.

2. Definición formal de relación

Definición formal:
Si A y B son dos conjuntos, una relación de A en B es cualquier subconjunto del producto cartesiano A × B.

R ⊆ A × B
¿Qué significa esto?
El producto cartesiano A × B es el conjunto de todos los pares ordenados posibles (a,b), donde a pertenece a A y b pertenece a B.
Una relación toma solo algunos de esos pares.

3. Producto cartesiano

Definición:
El producto cartesiano de A y B es el conjunto de todos los pares ordenados cuyo primer elemento está en A y cuyo segundo elemento está en B.
A × B = {(a,b) | a ∈ A, b ∈ B}
Ejemplo:
A = {1,2}
B = {a,b,c}

Entonces:
A × B = {(1,a),(1,b),(1,c),(2,a),(2,b),(2,c)}

Una relación será cualquier selección de algunos pares de este producto cartesiano.

4. Ejemplos de relaciones

Ejemplo 1:
A = {1,2,3}
B = {2,4,6}

R = {(1,2),(2,4),(3,6)}

Esta relación puede interpretarse como:
“el elemento de B es el doble del elemento de A”.

Ejemplo 2:
A = {1,2,3}
B = {1,4,9}

R = {(1,1),(2,4),(3,9)}

Esta relación puede interpretarse como:
“el elemento de B es el cuadrado del elemento de A”.

5. Dominio, codominio e imagen

Dominio: conjunto de elementos de partida.
Codominio: conjunto de llegada.
Imagen: elementos del codominio que realmente quedan relacionados.
Ejemplo:
Si A = {1,2,3} y B = {2,4,6,8},
y R = {(1,2),(2,4),(3,6)}, entonces:

Dominio: A = {1,2,3}
Codominio: B = {2,4,6,8}
Imagen de R: {2,4,6}

6. Relaciones y diagramas de flechas

Una relación también puede representarse con diagramas de flechas: desde cada elemento de A se trazan flechas hacia los elementos de B con los que está relacionado.
Ejemplo:
A = {1,2,3}
B = {2,4,6}

1 → 2
2 → 4
3 → 6

7. ¿Toda relación es función?

No.
Toda función es una relación, pero no toda relación es una función.
Una función exige una condición especial: a cada elemento del dominio le debe corresponder uno y solo un elemento del codominio.

Errores comunes

❌ Confundir relación con función
❌ Pensar que una relación debe usar todos los pares del producto cartesiano
❌ Olvidar que los pares ordenados sí tienen orden: (a,b) ≠ (b,a)
❌ Confundir codominio con imagen

Resumen

Resumen:
Una relación entre A y B es un subconjunto del producto cartesiano A × B.
Se escribe formalmente como:

R ⊆ A × B

Las relaciones pueden representarse mediante pares ordenados, tablas o diagramas de flechas.
Más adelante veremos que una función es un tipo especial de relación.

Ejercicios: Relaciones

Instrucción: Intenta primero y luego verifica. Piensa siempre en pares ordenados.

Ejercicio 1:
A = {1,2}
B = {a,b}

Encuentra el producto cartesiano A × B

Ver respuesta
{(1,a),(1,b),(2,a),(2,b)}

Ejercicio 2:
A = {1,2}
B = {3,4}

¿Es {(1,3),(2,4)} una relación de A en B?

Ver respuesta
Sí, porque es un subconjunto de A × B.

Ejercicio 3:
A = {1,2}
B = {3,4}

¿Es {(1,3),(4,2)} una relación de A en B?

Ver respuesta
No, porque (4,2) no pertenece a A × B.

Ejercicio 4:
A = {1,2,3}
B = {2,4,6}

R = {(1,2),(2,4),(3,6)}

Describe la relación con palabras.

Ver respuesta
Cada elemento de B es el doble del elemento de A.

Ejercicio 5:
A = {1,2,3}
B = {1,4,9}

R = {(1,1),(2,4),(3,9)}

Describe la relación.

Ver respuesta
Cada elemento de B es el cuadrado del elemento de A.

Ejercicio 6:
A = {1,2,3}
B = {2,4,6,8}

R = {(1,2),(2,4),(3,6)}

Encuentra la imagen de R.

Ver respuesta
{2,4,6}

Ejercicio 7:
A = {1,2,3}
B = {4,5,6}

R = {(1,4),(1,5),(2,6)}

¿Es una función? Explica.

Ver respuesta
No, porque el elemento 1 está relacionado con dos valores distintos.

Ejercicio 8:
A = {1,2,3}
B = {4,5,6}

R = {(1,4),(2,5),(3,6)}

¿Es una función?

Ver respuesta
Sí, porque cada elemento de A tiene una única imagen en B.

Conclusión:
Una relación es un subconjunto del producto cartesiano.
Una función es una relación especial donde cada elemento del dominio tiene una única imagen.

Implicación en Gráficos Existenciales

Idea clave:
La implicación p → q se representa como:

¬p ∨ q

En gráficos existenciales, esto se interpreta como una estructura con negación.

Ejercicio 1:
Representa la implicación p → q como expresión lógica equivalente.
Pista: La implicación no se dibuja directamente.
Ver respuesta
p → q ≡ ¬p ∨ q

Ejercicio 2:
Si tienes una burbuja que contiene p, ¿qué representa?
Pista: La burbuja niega.
Ver respuesta
Representa ¬p

Ejercicio 3:
¿Cómo representarías ¬p ∨ q en un gráfico existencial?
Pista: Usa una burbuja y un elemento fuera.
Ver respuesta
Se dibuja una burbuja con p dentro (¬p) y q fuera en la misma región.

Ejercicio 4:
¿El gráfico con p dentro de una burbuja y q afuera representa una implicación?
Pista: Relaciona con ¬p ∨ q.
Ver respuesta
Sí.

Representa ¬p ∨ q, que es equivalente a p → q.

Ejercicio 5:
Transforma el gráfico que representa p → q usando doble corte.
Pista: Aplica (( )) = nada.
Ver respuesta
Se puede introducir doble negación sin cambiar el significado, para reorganizar el gráfico.

Ejercicio 6:
¿La contraposición se puede ver en gráficos existenciales?
Pista: Cambia lo que está dentro y fuera de la burbuja.
Ver respuesta
Sí.

La contraposición corresponde a reorganizar la estructura de negaciones en el gráfico.

Ejercicio 7:
¿Es correcto dibujar p → q como dos elementos separados sin burbujas?
Pista: Falta la negación.
Ver respuesta
No.

La implicación necesita una estructura con negación.

Conclusión:
La implicación en gráficos existenciales no se dibuja directamente, sino a través de su equivalencia lógica.

Evaluación: Implicación y Gráficos Existenciales

Instrucciones:
Responde sin usar la solución. Justifica cuando sea necesario.

Parte A: Conceptual

1. Expresa la implicación p → q como una disyunción.
2. Escribe la contraposición de p → q.
3. ¿Cuándo es falsa una implicación?
4. ¿p → q es equivalente a q → p? Justifica.

Parte B: Aplicación

5. Si p es verdadera y q es falsa, evalúa p → q.
6. Si p es falsa, ¿qué ocurre con p → q?
7. Expresa p ↔ q usando implicaciones.

Parte C: Gráficos Existenciales

8. ¿Cómo se representa ¬p en un gráfico existencial?
9. Describe cómo representarías p → q en gráficos existenciales.
10. ¿Se puede representar una implicación sin burbujas? Explica.

Parte D: Análisis

11. Explica por qué ¬q → ¬p es equivalente a p → q.
12. Un estudiante dibuja p → q como dos letras separadas sin burbujas. ¿Está correcto? Justifica.

Soluciones

Ver soluciones

1. ¬p ∨ q

2. ¬q → ¬p

3. Cuando p es verdadera y q es falsa

4. No, no son equivalentes

5. Falso

6. Siempre verdadera

7. (p → q) ∧ (q → p)

8. Una burbuja que contiene p

9. Como ¬p ∨ q (burbuja con p y q fuera)

10. No, porque falta la negación

11. Es la contraposición, mantiene el mismo valor lógico

12. No, falta la estructura de negación

Nota:
Esta evaluación mide comprensión conceptual, no solo memoria.