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Producto de potencias de la misma base en monoides

Monoides

En los monoides se define la potencia con exponentes naturales. En Lean la potencia x^n se se caracteriza por los dos siguientes lemas:

   pow_zero : x^0 = 1
   pow_succ : x^(succ n) = x * x^n

Demostrar con Lean4 que si \(M\) es un monoide, \(x ∈ M\) y \(m, n ∈ ℕ\), entonces \[ x^{m + n} = x^m x^n \]

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

import Mathlib.Algebra.Group.Defs
import Mathlib.Tactic

open Nat

variable {M : Type} [Monoid M]
variable (x : M)
variable (m n : ℕ)

example :
  x^(m + n) = x^m * x^n :=
by sorry

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En los monoides, los inversos a la izquierda y a la derecha son iguales

Monoides

Un monoide es un conjunto junto con una operación binaria que es asociativa y tiene elemento neutro.

En Lean4, está definida la clase de los monoides (como Monoid) y sus propiedades características son

   mul_assoc : (a * b) * c = a * (b * c)
   one_mul :   1 * a = a
   mul_one :   a * 1 = a

Demostrar que si \(M\) es un monoide, \(a ∈ M\), \(b\) es un inverso de \(a\) por la izquierda y \(c\) es un inverso de \(a\) por la derecha, entonces \(b = c\).

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

import Mathlib.Algebra.Group.Defs
import Mathlib.Tactic

variable {M : Type} [Monoid M]
variable {a b c : M}

example
  (hba : b * a = 1)
  (hac : a * c = 1)
  : b = c :=
by sorry

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Teorema de Cantor

Funciones

Demostrar con Lean4 el teorema de Cantor; es decir, que no existe ninguna aplicación suprayectiva de un conjunto en el conjunto de sus subconjuntos.

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

import Mathlib.Data.Set.Basic

open Function

variable {α : Type}

example : ∀ f : α → Set α, ¬Surjective f :=
by sorry

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Imagen inversa de la intersección general

Funciones

Demostrar con Lean4 que \[ f⁻¹\left[\bigcap_{i \in I} B_i\right] = \bigcap_{i \in I} f⁻¹[B_i] \]

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

import Mathlib.Data.Set.Basic
import Mathlib.Tactic

open Set

variable {α β I : Type _}
variable (f : α → β)
variable (B : I → Set β)

example : f ⁻¹' (⋂ i, B i) = ⋂ i, f ⁻¹' (B i) :=
by sorry

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Imagen inversa de la unión general

Funciones

Demostrar con Lean4 que \[ f⁻¹\left[⋃ᵢ Bᵢ\right] = ⋃ᵢ f⁻¹[Bᵢ] \]

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

import Mathlib.Data.Set.Basic
import Mathlib.Tactic

open Set

variable {α β I : Type _}
variable (f : α → β)
variable (B : I → Set β)

example : f ⁻¹' (⋃ i, B i) = ⋃ i, f ⁻¹' (B i) :=
by sorry

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Imagen de la intersección general mediante aplicaciones inyectivas

Funciones

Demostrar con Lean4 que si \(f\) es inyectiva, entonces \[⋂ᵢf[Aᵢ] ⊆ f\left[⋂ᵢAᵢ\right] \]

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

import Mathlib.Data.Set.Basic
import Mathlib.Tactic

open Set Function

variable {α β I : Type _}
variable (f : α → β)
variable (A : I → Set α)

example
  (i : I)
  (injf : Injective f)
  : (⋂ i, f '' A i) ⊆ f '' (⋂ i, A i) :=
by
sorry

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Imagen de la intersección general

Funciones

Demostrar con Lean4 que \[ f\left[\bigcap_{i ∈ I} A_i\right] ⊆ \bigcap_{i ∈ I} f[A_i] \]

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

import Mathlib.Data.Set.Basic
import Mathlib.Tactic

open Set

variable {α β I : Type _}
variable (f : α → β)
variable (A : I → Set α)

example : f '' (⋂ i, A i) ⊆ ⋂ i, f '' A i :=
by sorry

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Imagen de la unión general

Funciones

Demostrar con Lean4 que \[ f[⋃ᵢAᵢ] = ⋃ᵢf[Aᵢ] \]

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

import Mathlib.Data.Set.Basic
import Mathlib.Tactic

open Set

variable {α β I : Type _}
variable (f : α → β)
variable (A : ℕ → Set α)

example : f '' (⋃ i, A i) = ⋃ i, f '' A i :=
by sorry

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Unión con la imagen inversa

Funciones

Demostrar con Lean4 que \[ s ∪ f⁻¹[v] ⊆ f⁻¹[f[s] ∪ v] \]

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

import Mathlib.Data.Set.Function

open Set

variable {α β : Type _}
variable (f : α → β)
variable (s : Set α)
variable (v : Set β)

example : s ∪ f ⁻¹' v ⊆ f ⁻¹' (f '' s ∪ v) :=
by sorry

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Intersección con la imagen

Funciones

Demostrar con Lean4 que \[ f[s] ∩ v = f[s ∩ f⁻¹[v]] \]

Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:

import Mathlib.Data.Set.Function
import Mathlib.Tactic

open Set

variable {α β : Type _}
variable (f : α → β)
variable (s : Set α)
variable (v : Set β)

example : (f '' s) ∩ v = f '' (s ∩ f ⁻¹' v) :=
by sorry

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