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Das ist eine Folgefrage zu https://www.mathefragen.de/frage/q/309094166e/gleichverteilung-von-zwei-unabhangigen-teilmengen-von-omega/.

Auf der Menge \(\Omega = \{1,2, \dots, n\}\) ist eine Gleichverteilung mit \(P[\{k\} = \frac{1}{n}]\) definiert.

Nun soll ich zeigen, dass die folgenden zwei Aussagen equivalent sind.

(i) Die Zahl \(n\) ist eine Primzahl

(ii) Für alle unabhängigen Teilmengen \(A, B \subseteq \Omega\) gilt, dass eine der beiden Mengen entweder leer ist oder die gesamte Grundmenge \(\Omega\) ist.

Ich glaube dass ich \((i) \implies (ii)\) bereits zeigen konnte. (Die Idee dazu ist im ersten Kommentar zur Antwort von stal im obigen Link.)

Leider verstehe ich die Antwort von stal nun doch nicht mehr und weiss nicht wie man \((ii) \implies (i)\) zeigen soll.

Ich glaube, dass ich bereits zeigen konnte, dass wenn weder \(A\) noch \(B\ = \emptyset\) oder \(\Omega\) sind, dass dann \(n\) eine Primzahl sein kann. Das reicht aber für den Beweis nicht aus, oder doch? Es wäre super wenn mir jemand auch noch die grundsätzliche Idee hinter dem Beweis erklären könnte.
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Du musst nicht zeigen, dass \(n\) eine Primzahl sein kann, sondern dass \(n\) eine Primzahl sein muss. Dazu war die Idee, die ich angedacht hatte, statt \((i)\Longrightarrow(ii)\) die äquivalente Aussage \(\neg(i)\Longrightarrow\neg(ii)\) (die Kontraposition) zu zeigen, also:
Ist \(n\) keine Primzahl, dann gibt es unabhängige Teilmengen \(A,B\subseteq\Omega\), sodass beide weder leer noch ganz \(\Omega\) sind.
Mach dir klar, dass das tatsächlich eine korrekte Formulierung der Aussage \(\neg(i)\Longrightarrow\neg(ii)\) ist, insbesondere die Verneinung von (ii). Um das zu zeigen, nehmen wir also an, dass \(n\) keine Primzahl ist und müssen zwei Mengen \(A,B\) konstruieren, die die gegebenen Eigenschaften haben. Ich habe dir bereits ein Beispiel für \(n=4\) gegeben, für \(n=6\) könnten wir z.B. \(A=\{1,2\}\) und \(B=\{1,3,4\}\) wählen, du kannst nachrechnen, dass die Mengen unabhängig sind. Erkennst du ein Muster? (Denk an die Primfaktorzerlegung von 4 bzw. 6) Versuche, für ein allgemeines zusammengesetztes \(n\) zwei passende Mengen anzugeben, dann bist du fertig.
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