Инволюция (математика)

Инволю́ция (от лат. involutio — свёртывание, завиток) — преобразование, которое является обратным самому себе.

Формально, функция

f

{\displaystyle f}

называется инволюцией если

f

(

f

(

x

)

)

=

x

{\displaystyle f(f(x))=x}

для всякого

x

{\displaystyle x}

из области определения функции

f

{\displaystyle f}

.

Если

f

{\displaystyle f}

— инволюция, то имеют место следующие соотношения:

a

:

f

1

(

a

)

=

f

(

a

)

{\displaystyle \forall a:f^{-1}(a)=f(a)}

a

:

f

(

f

(

a

)

)

=

a

{\displaystyle \forall a:f(f(a))=a}

a

,

b

:

f

(

a

)

=

b

f

(

b

)

=

a

{\displaystyle \forall a,\exists b:f(a)=b\land f(b)=a}

Примеры инволюций:

f

(

x

)

=

x

{\displaystyle f(x)=-x}

, заданная на множестве целых

Z

{\displaystyle \mathbb {Z} }

, рациональных

Q

{\displaystyle \mathbb {Q} }

или вещественных чисел

R

{\displaystyle \mathbb {R} }

;

f

(

x

)

=

x

¯

{\displaystyle f(x)={\bar {x}}}

— дополнение множества, заданная для подмножеств некоторого универсального множества

U

{\displaystyle U}

;

f

(

x

)

=

¬

x

{\displaystyle f(x)=\neg x}

— логическое отрицание булевой алгебры;

симметрии: центральная, осевая, зеркальная;

инверсия;

комплексное сопряжение;

преобразование Лежандра.Перестановка

τ

{\displaystyle \tau }

является инволюцией, если

τ

τ

=

i

d

{\displaystyle \tau \circ \tau =id}

, каждая инволюция является произведением непересекающихся транспозиций, например:

(

1

2

3

4

5

6

7

8

5

7

4

3

1

8

2

6

)

=

(

1

,

5

)

(

2

,

7

)

(

3

,

4

)

(

6

,

8

)

{\displaystyle {\begin{pmatrix}1&2&3&4&5&6&7&8\\5&7&4&3&1&8&2&6\end{pmatrix}}=(1,5)(2,7)(3,4)(6,8)}

.Число инволюций в группе перестановок порядка

n

{\displaystyle n}

определяется по формулам:

a

(

0

)

=

1

,

a

(

1

)

=

1

,

a

(

n

)

=

a

(

n

1

)

+

(

n

1

)

a

(

n

2

)

,

n

>

1

{\displaystyle a(0)=1,\ a(1)=1,\ a(n)=a(n-1)+(n-1)a(n-2),\ n>1}

(рекуррентная формула),

a

(

n

)

=

k

=

0

[

n

/

2

]

n

!

2

k

(

n

2

k

)

!

k

!

{\displaystyle a(n)=\sum _{k=0}^{[n/2]}{\frac {n!}{2^{k}\cdot (n-2k)!\cdot k!}}}

,(первые значения

a

(

n

)

{\displaystyle a(n)}

: 1, 1, 2, 4, 10, 26, 76, 232, 764, 2620, 9496, 35 696, 140 152).

Свойства инволюции обеспечивают ей широкое применение в различных приложения, например, инволютивные преобразования над пространством булевых векторов используются в различных схемах построения симметричных криптоалгоритмов, таких как сети Фейстеля и подстановочно-перестановочные сети.

Источник: Википедия

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ э ю я