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   "http://www.w3.org/Math/DTD/mathml2/xhtml-math11-f.dtd">
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<meta http-equiv="content-type" content="text/html; charset=UTF-8" />
<title>Math 541 Fall 2007 Homework 1</title>
<style type="text/css">
body {
    counter-reset: section 0;
    text-align: justify
}

h2.title {
    text-align:center
}
p.author {
    text-align:center
}
li {
    text-indent: 0em;
}
p.indent {
    text-indent: 2em;
}

h2.section {
    counter-reset: eqn 0 result 0 subsection 0;
}
h2.section:before {
    content: counter(section) ". ";
    counter-increment: section 1;  /* Add 1 to section */
}
h3.subsection:before {
    content: counter(section) "." counter(subsection);
    counter-increment: subsection;  /* Add 1 to subsection */
}

div.theorem:before {
    content: "Theorem " counter(section) "." counter(result) " ";
    counter-increment: result 1;
    font-style: normal;
    font-weight: bold;
}
div.theorem{ font-style:italic }
div.proposition:before {
    content: "Proposition " counter(section) "." counter(result) " ";
        counter-increment: result 1;
    font-style: normal;  
    font-weight: bold;
}
div.proposition{ font-style:italic }
div.lemma:before { 
    content: "Lemma " counter(section) "." counter(result) " ";
    counter-increment: result;
    font-style: normal; 
    font-weight: bold; 
}
div.lemma{ font-style:italic }

table.dispeq {
   width:100%;
   }
td.eq {
   text-align:center;
     }
td.eqno {
    width: 10px;
    text-align:right;
    }
td.eqno:after {
     content: "("counter(section)"."counter(eqn)")";
     counter-increment: eqn;
     font-style: normal;
  }
</style>
</head>

<body>
<table border="0" cellpadding="5" cellspacing="0" width="100%">
  <tbody>
    <tr>
      <td valign="top"><div align="center">
              <img src="http://www.math.wisc.edu/~ram/UW_logo_150.gif" alt="University of Wisconsin-Madison" border="0" height="150" vspace="2" width="150" /><br />
      </div>
          <h5 align="center"><a href="http://www.wisc.edu/">University of Wisconsin-Madison </a><br />
              <a href="http://www.math.wisc.edu/">Mathematics
                Department</a></h5></td>
      <td align="center" valign="middle"><h2> Math 541 <br />
        Modern Algebra <br />
        A first course in Abstract Algebra<br />
        Lecturer: <a href="http://www.math.wisc.edu/%7Eram">Arun Ram </a> </h2></td>
      <td><h3>
        <large>
          <div align="center">Fall 2007</div>
        </large>
      </h3>
          <h3></h3></td>
    </tr>
  </tbody>
</table>
<hr />
<h2 align="center">&nbsp;</h2>
<h2 align="center">Homework 1: Due September 12, 2007 </h2>
<p align="center">&nbsp;</p>

<ol>
<li> <p>Define set, emptyset, subset, equal sets, union of sets, 
intersection of sets, and product of sets and give examples.
</p>
</li>
<li> <p>Define function, injective, surjective, bijective, composition of 
funtions, identity function, and inverse function and give examples.
</p>
</li>
<li> <p>Define relation, reflexive relation, symmetric relation, 
transitive relation, equivalence relation, partial order, and poset
and give examples.
</p>
</li>
<li> <p>Define operation, commutative, and associative
and give examples.
</p>
</li>
<li><p>Explain what the positive integers, the nonnegative integers,
the integers, the rational numbers, the real numbers and the complex numbers
are and why each of these numbers systems is needed.</p></li>
<li><p> Show that the empty set is a subset of every set.</p></li>
<li> <p>De Morgan's Laws: Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>A</mi>
</math>, <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>B</mi>
</math>, and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>C</mi>
</math> be sets. Show that</p>

<p>(a) <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mo>(</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&cup;</mo>
  <mi>C</mi>
  <mo>=</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mi>C</mi>
  <mo>)</mo>
</math></p>
<p>(b) <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>A</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>=</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mi>A</mi>
</math></p>

<p>(c) <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>A</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mo>&empty;</mo>
  <mo>=</mo>
  <mi>A</mi>
</math></p>

<p>(d) <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mo>(</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>C</mi>
  <mo>=</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>C</mi>
  <mo>)</mo>
</math></p>
<p>(e) <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>A</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>=</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>A</mi>
</math></p>

<p>(f) <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>A</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mi>C</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&cup;</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>C</mi>
  <mo>)</mo>
</math></p>
</li>
<li><p> Prove Theorem 1.1 on p. 5 of the text.
Theorem 1.1 on p. 5 of the text reads:</p>

<p><strong>Theorem.</strong> 
<em>Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>A</mi>
</math>, <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>B</mi>
</math>, and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>C</mi>
</math> be sets. Then </em>
<dl>
<dd> <em>(i)&nbsp;</em> 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>A</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>=</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>=</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>.</mo>
</math></dd>

<dd><em>(ii)&nbsp;</em><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>A</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>=</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>;</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>=</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>.</mo>
</math></dd>
<dd><em>(iii)&nbsp;</em> 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mo>(</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&cup;</mo>
  <mi>C</mi>
  <mo>=</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mi>C</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>,</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>C</mi>
  <mo>=</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>C</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>.</mo>
</math></dd>

<dd> <em>(iv)&nbsp;</em>
 <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>A</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>C</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&cap;</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mi>C</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>,</mo>
</math></dd>

<dd>&nbsp;&nbsp;&nbsp;<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>A</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mi>C</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&cup;</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>C</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>.</mo>
</math></dd>


<dd><em>(v)&nbsp;</em> <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>A</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>=</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>.</mo>
</math></dd>
</dl>
</p>
</li>
<li><p>Define complement of a set.  Restate Theorem 1.2 
(from p. 6 of the text) in 
terms of complements and prove it.
Theorem 1.2 on p. 6 reads:</p>
<p><strong>Theorem (DeMorgan's rules).</strong> <em> Let <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>A</mi>
</math>, <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>B</mi>
</math>, and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
</math> be sets. Then</em>
<dl>
<dd><em>(i)&nbsp;</em> 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
  <mo>–</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>–</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>A</mi>
</math>.</dd>
<dd><em>(ii)&nbsp;</em>
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
  <mo>–</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cup;</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>–</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&cap;</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>–</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>.</mo>
</math></dd>
<dd><em>(iii)&nbsp;</em>
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>X</mi>
  <mo>–</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>&cap;</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>–</mo>
  <mi>A</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&cup;</mo>
  <mo>(</mo>
  <mi>X</mi>
  <mo>–</mo>
  <mi>B</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>.</mo>
</math></dd>
</dl>
</p>
</li>
<li>
<p>Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>S</mi>
</math>, <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>T</mi>
</math>, and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>U</mi>
</math> be sets and let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
  <mo>&colon;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>T</mi>
</math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>g</mi>
  <mo>&colon;</mo>
  <mi>T</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>U</mi>
</math> be functions.</p>

<p>(a) If <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
</math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>g</mi>
</math> are injective then <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>g</mi>
  <mo>&compfn;</mo>
  <mi>f</mi>
</math> is injective.</p>
<p>(b) If <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
</math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>g</mi>
</math> are surjective then <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>g</mi>
  <mo>&compfn;</mo>
  <mi>f</mi>
</math> is surjective.</p>
<p>(a) If <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
</math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>g</mi>
</math> are bijective then <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>g</mi>
  <mo>&compfn;</mo>
  <mi>f</mi>
</math> is bijective.</p>
</li>
<li>
<p>Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
  <mo>&colon;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>T</mi>
</math> be a function and let <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>U</mi>
  <mo>&sube;</mo>
  <mi>S</mi>
</math>. The <dfn>image</dfn> of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>U</mi>
</math> under <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
</math> is the subset of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>T</mi>
</math> given by
<table class="dispeq">
<tr><td class="eq">
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>U</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mo>{</mo>
  <mi>f</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>u</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&mid;</mo>
  <mi>u</mi>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>U</mi>
  <mo>}</mo>
  <mo>.</mo>
</math></td>
</tr></table>
Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
  <mo>&colon;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>T</mi>
</math> be a function. The <dfn>image</dfn> of <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
</math> is the subset of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>T</mi>
</math> given by
<table class="dispeq">
<tr><td class="eq">
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>im</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>f</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mo>{</mo>
  <mi>f</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>s</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&mid;</mo>
  <mi>s</mi>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>}</mo>
  <mo>.</mo>
</math></td>
</tr></table>
Note that <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>im</mi>
  <mi>f</mi>
  <mo>=</mo>
  <mi>f</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>)</mo>
</math>.</p>
<p>Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
  <mo>&colon;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>T</mi>
</math> be a function and let 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>V</mi><mo>&sube;</mo><mi>T</mi>
</math>. The <dfn>inverse image</dfn> of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>V</mi></math>
under
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
</math> is the subset of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>S</mi>
</math> given by
<table class="dispeq">
<tr><td class="eq">
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msup>
    <mi>f</mi>
    <mrow><mo>–</mo><mn>1</mn></mrow>
  </msup>
  <mo>(</mo>
  <mi>V</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mo>{</mo>
  <mi>s</mi>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>&mid;</mo>
  <mi>f</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>s</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>V</mi>
  <mo>}</mo>
  <mo>.</mo>
</math></td>
</tr></table>
</p>
<p>Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
  <mo>&colon;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>T</mi>
</math> be a function and let 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>t</mi><mo>&isin;</mo><mi>T</mi>
</math>. The <dfn>fiber</dfn> of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>f</mi></math>
over
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>t</mi>
</math> is the subset of <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>S</mi>
</math> given by
<table class="dispeq">
<tr><td class="eq">
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msup>
    <mi>f</mi>
    <mrow><mo>–</mo><mn>1</mn></mrow>
  </msup>
  <mo>(</mo>
  <mi>t</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mo>{</mo>
  <mi>s</mi>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>&mid;</mo>
  <mi>f</mi>
  <mo>(</mo>
  <mi>s</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <mi>t</mi>
  <mo>}</mo>
  <mo>.</mo>
</math></td>
</tr></table>
Note that 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msup>
    <mi>f</mi>
    <mrow><mo>–</mo><mn>1</mn></mrow>
  </msup>
  <mo>(</mo>
  <mi>t</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>=</mo>
  <msup>
    <mi>f</mi>
    <mrow><mo>–</mo><mn>1</mn></mrow>
  </msup>
  <mo>(</mo>
  <mo>{</mo>
  <mi>t</mi>
  <mo>}</mo>
  <mo>)</mo>
</math>.
</p>
<p>Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
  <mo>&colon;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>T</mi>
</math> be a function.  Show that the set
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>F</mi><mo>=</mo>
  <mo>{</mo>
  <msup>
    <mi>f</mi>
    <mrow><mo>–</mo><mn>1</mn></mrow>
  </msup>
  <mo>(</mo>
  <mi>t</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&mid;</mo>
  <mi>t</mi>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>T</mi>
  <mo>}</mo>
</math>
of nonempty fibers of the map 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>f</mi>
</math>
is a partition of 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
<mi>S</mi></math>.
</p> </li>
<li>
<p>(a) Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
  <mo>&colon;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>T</mi>
</math> be a function. Define
<table class="dispeq">
<tr><td class="eq">
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mtable>
    <mtr>
      <mtd>
        <msup>
          <mi>f</mi>
          <mi>&prime;</mi>
        </msup>
        <mo>&colon;</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>S</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>&xrarr;</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>im</mi>
        <mo>(</mo>
        <mi>f</mi>
        <mo>)</mo>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi></mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>s</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>&mapsto;</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>f</mi>
        <mo>(</mo>
        <mi>s</mi>
        <mo>)</mo>
      </mtd>
    </mtr>
  </mtable>
</math></td>
</tr></table>
Show that the map <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msup>
    <mi>f</mi>
    <mi>&prime;</mi>
  </msup>
</math>is well defined and surjective.</p>

<p>(b) Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
  <mo>&colon;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>T</mi>
</math> be a function and let <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>F</mi>
  <mo>=</mo>
  <mo>{</mo>
  <msup>
    <mi>f</mi>
    <mrow>
      <mo>–</mo>
      <mn>1</mn>
    </mrow>
  </msup>
  <mo>(</mo>
  <mi>t</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&mid;</mo>
  <mi>t</mi>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>T</mi>
  <mo>}</mo>
</math> be the set of nonempty fibers of <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
</math>. Define
<table class="dispeq">
<tr><td class="eq">
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mtable>
    <mtr>
      <mtd>
        <mover accent="true">
          <mi>f</mi>
          <mi>&Hat;</mi>
        </mover>
        <mo>&colon;</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>F</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>&xrarr;</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>T</mi>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi></mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <msup>
          <mi>f</mi>
          <mrow>
            <mo>–</mo>
            <mn>1</mn>
          </mrow>
        </msup>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>&mapsto;</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>t</mi>
      </mtd>
    </mtr>
  </mtable>
</math></td>
</tr></table>
Show that the map <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mover accent="true">
    <mi>f</mi>
    <mi>&Hat;</mi>
  </mover>
</math> is well defined and injective.</p>
<p>(c) Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
  <mo>&colon;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>T</mi>
</math> be a function and let <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>F</mi>
  <mo>=</mo>
  <mo>{</mo>
  <msup>
    <mi>f</mi>
    <mrow>
      <mo>–</mo>
      <mn>1</mn>
    </mrow>
  </msup>
  <mo>(</mo>
  <mi>t</mi>
  <mo>)</mo>
  <mo>&mid;</mo>
  <mi>t</mi>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>T</mi>
  <mo>}</mo>
</math> be the set of nonempty fibers of <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
</math>. Define
<table class="dispeq">
<tr><td class="eq">
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mtable>
    <mtr>
      <mtd>
        <msup>
          <mover accent="true">
            <mi>f</mi>
            <mi>&Hat;</mi>
          </mover>
          <mi>&prime;</mi>
        </msup>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>F</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>&xrarr;</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>im</mi>
        <mi>f</mi>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi></mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <msup>
          <mi>f</mi>
          <mrow>
            <mo>–</mo>
            <mn>1</mn>
          </mrow>
        </msup>
        <mo>(</mo>
        <mi>t</mi>
        <mo>)</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>&mapsto;</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>t</mi>
      </mtd>
    </mtr>
  </mtable>
</math></td>
</tr></table>
Show that the map <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msup>
    <mover accent="true">
      <mi>f</mi>
      <mi>&Hat;</mi>
    </mover>
    <mi>&prime;</mi>
  </msup>
</math> is well defined and bijective.</p>
</li>
<li> 
<p>Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>S</mi>
</math> be a set. The <dfn>power set</dfn> of <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>S</mi>
</math>, <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msup>
    <mn>2</mn>
    <mi>S</mi>
  </msup>
</math>, is the set of all subsets of <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>S</mi>
</math>.</p>

<p>Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>S</mi>
</math> be a set and let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mo>{</mo>
  <mn>0,1</mn>
  <msup>
    <mo>}</mo>
    <mi>S</mi>
  </msup>
</math> be the set of all functions <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
  <mo>&colon;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mo>{</mo>
  <mn>0,1</mn>
  <mo>}</mo>
</math>. Given a subset <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>T</mi>
  <mo>&sube;</mo>
  <mi>S</mi>
</math> define a function 
<table class="dispeq">
<tr><td class="eq">
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>f</mi>
    <mi>T</mi>
  </msub>
  <mo>&colon;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mo>{</mo>
  <mn>0,1</mn>
  <mo>}</mo>
  <mspace width="2em"/>
  <mtext>by</mtext>
  <mspace width="2em"/>
  <msub>
    <mi>f</mi>
    <mi>T</mi>
  </msub>
  <mo>=</mo>
  <mrow>
  <mo>{</mo>
  <mtable>
    <mtr>
      <mtd>
        <mn>0</mn>
        <mo>,</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mtext>if&nbsp;</mtext>
        <mi>s</mi>
        <mo>&notin;</mo>
        <mi>T</mi>
        <mo>,</mo>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mn>1</mn>
        <mo>,</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mtext>if&nbsp;</mtext>
        <mi>s</mi>
        <mo>&isin;</mo>
        <mi>T</mi>
        <mo>.</mo>
      </mtd>
    </mtr>
  </mtable>
  </mrow>
</math></td>
</tr></table>
Show that the map
<table class="dispeq">
<tr><td class="eq">
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mtable>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi>&psi;</mi>
        <mo>&colon;</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <msup>
          <mn>2</mn>
          <mi>S</mi>
        </msup>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>&xrarr;</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>{</mo>
        <mn>0.1</mn>
        <msup>
          <mo>}</mo>
          <mi>S</mi>
        </msup>
      </mtd>
    </mtr>
    <mtr>
      <mtd>
        <mi></mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mi>T</mi>
      </mtd>
      <mtd>
        <mo>&mapsto;</mo>
      </mtd>
      <mtd>
        <msub>
          <mi>f</mi>
          <mi>T</mi>
        </msub>
      </mtd>
    </mtr>
  </mtable>
  <mspace width="2em"/>
  <mtext>is a bijection.</mtext>
</math></td>
</tr></table>
</p>
</li>
<li>
<p>Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>&compfn;</mi>
  <mo>&colon;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>&times;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>S</mi>
</math> be an associative operation on a set <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>S</mi>
</math>. An <dfn>identity</dfn> for 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>&compfn;</mi>
</math> is an element <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>e</mi>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>S</mi>
</math> such that
<table class="dispeq">
<tr><td class="eq">
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>e</mi>
  <mo>&compfn;</mo>
  <mi>s</mi>
  <mo>=</mo>
  <mi>s</mi>
  <mo>&compfn;</mo>
  <mi>e</mi>
  <mo>,</mo>
  <mspace width="2em"/>
  <mtext>for all</mtext>
  <mspace width="1em"/>
  <mi>s</mi>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>.</mo>
</math></td>
</tr></table>
Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>e</mi>
</math> be an identity for an associative operation <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>compfn</mi>
</math> on a set <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>S</mi>
</math>. Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>s</mi>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>S</mi>
</math>. A <dfn>left inverse</dfn> for 
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>s</mi>
</math> is an element <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msup>
    <mi>t</mi>
    <mi>&prime;</mi>
  </msup>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>S</mi>
</math> such that <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>s</mi>
  <mo>&compfn;</mo>
  <msup>
    <mi>t</mi>
    <mi>&prime;</mi>
  </msup>
  <mo>=</mo>
  <mi>e</mi>
</math>. An <dfn>inverse</dfn> 
for <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>s</mi>
</math> is an element <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msup>
    <mi>s</mi>
    <mrow>
      <mo>–</mo>
      <mn>1</mn>
    </mrow>
  </msup>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>S</mi>
</math> such that <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>s</mi>
  <mo>&compfn;</mo>
  <msup>
    <mi>s</mi>
    <mrow>
      <mo>–</mo>
      <mn>1</mn>
    </mrow>
  </msup>
  <mo>=</mo>
  <msup>
    <mi>s</mi>
    <mrow>
      <mo>–</mo>
      <mn>1</mn>
    </mrow>
  </msup>
  <mo>&compfn;</mo>
  <mi>s</mi>
  <mo>=</mo>
  <mi>e</mi>
</math>.</p>
<p>(a) Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>&compfn;</mi>
</math> be an operation on a set <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>S</mi>
</math>. Show that if <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>S</mi>
</math> contains an identity for <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>&compfn;</mi>
</math> then it is unique.</p>

<p>(b) Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>e</mi>
</math> be an identity for an associative operation <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>&compfn;</mi>
</math> on a set <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>S</mi>
</math>. Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>s</mi>
  <mo>&isin;</mo>
  <mi>S</mi>
</math>. Show that if <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>s</mi>
</math> has an inverse then it is unique.</p>
</li>
<li>
<p>Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>S</mi>
</math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>T</mi>
</math> be sets and let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>&iota;</mi>
    <mi>S</mi>
  </msub>
</math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>&iota;</mi>
    <mi>T</mi>
  </msub>
</math> be the identity maps on <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>S</mi>
</math> and <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>T</mi>
</math>, respectively. </p>
<p>(a) Show that for any function <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
  <mo>&colon;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>T</mi>
</math>,
<table class="dispeq">
<tr><td class="eq">
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <msub>
    <mi>&iota;</mi>
    <mi>T</mi>
  </msub>
  <mo>&compfn;</mo>
  <mi>f</mi>
  <mo>=</mo>
  <mi>f</mi>
  <mspace width="2em"/>
  <mtext>and</mtext>
  <mspace width="2em"/>
  <mi>f</mi>
  <mo>&compfn;</mo>
  <msub>
    <mi>&iota;</mi>
    <mi>S</mi>
  </msub>
  <mo>=</mo>
  <mi>f</mi>
  <mo>.</mo>
</math></td>
</tr></table>
</p>
<p>(b) Let <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
  <mo>&colon;</mo>
  <mi>S</mi>
  <mo>&rarr;</mo>
  <mi>T</mi>
</math> be a function. Show that if an inverse function to <math
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
  <mi>f</mi>
</math> exists then it is unique.</p>
</li>
<li>
Define partition and equivalence class and state and prove a theorem which
shows that these two definitions contain the same information.
</li>
</ol>


    

<p></p>
</body>
</html>
