Виды множеств. Простейшие операции над ними. Множества. Операции над множествами

Задача 1

Сравни элементы множеств в первом и во втором рядах. Есть ли в первом ряду элемент, которого нет во втором ряду? Есть ли во втором ряду элемент, которого нет в первом ряду?

Решение
В первом ряду нет элементов, которых нет во втором ряду

Во втором ряду нет элементов, которых нет в первом ряду

Задача 2

Сравни множества в первом и во втором рядах. В каком ряду есть лишний элемент?

Задача 3

Верно ли записано равенство? Почему?

Решение
а) Верно. В этих равенствах одни и теже элементы, только в разном порядке.

б) Не верно. В левой части равенства есть треугольник, а в правой нет.

в) Верно. Левая часть не равна правой, потому что их элементы отличаются.

Задача 4

Пусть А = {0; 1; 2 }. Какие из множеств В - {2; 0; 1 }, С = { 1; 0 }, D = { 3; 2; 1; 0) равны множеству А, а какие ему не равны? Сделай записи и объясни их.

Решение
A = B: У этих множеств одинаковые элементы, записанные в разном порядке.

C не равно A: У множества C отсутствует элемент 2, который есть у множества A.

D не равно A: У множества A отсутствует элемент 3, который есть у множества D.

Задача 5

D = { a; ; 5 }. Составь множество А, равное множеству D, и множество В, не равное множеству D.

Задача 6

а) Составь все множества» равные множеству { О; /\ };
б) Составь все множества, равные множеству {а; б; в).

Решение
а) { О; /\ }, {/\ ; О}.

б) {а; б; в), {а; в; б}, {в; а; б}, {б; а; в}.

Задача 7

Сколько элементов содержит:

а) множество дней недели;
б) множество парт в первом ряду;
в) множество букв русского алфавита;
г) множество хвостов у кошки Мурки;
д) множество носов у Пети;
е) множество лошадей, пасущихся на Луне?

Решение
а) множество дней недели = 7;

б) множество парт в первом ряду = 3;

в) множество букв русского алфавита = 33;

г) множество хвостов у кошки Мурки = 1;

д) множество носов у Пети = 1;

е) множество лошадей, пасущихся на Луне = 0.

Задача 8

а) Растут ли в вашем школьном саду тропические пальмы? Каково множество пальм в школьном саду?
б) Каково множество шестиногих лошадей, двухлетних детей в классе, крокодилов в Москве-реке?
в) Придумай несколько примеров пустого множества.

Решение
а) Не растут пальмы в школьном саду. Пустое множество Ø

б) Пустое множество. Ø

в) Двухметровые мухи, деревянные перчатки.

Задача 9

Найди правильное обозначение пустого множества, а остальные зачеркни:

Задача 10

а) Во сколько раз 56 больше, чем 8?
б) Во сколько раз 8 меньше, чем 56?
в) На сколько единиц 56 больше, чем 8?
г) На сколько 8 меньше, чем 56?

Решение
а) 56 больше, чем 8 в 7 раз.

б) 8 меньше, чем 56 в 7 раз.

в) 56 больше, чем 8 на 48 единиц.

г) 8 меньше, чем 56 на 48 единиц.

Задача 11

а) Шапка стоит а руб., а пальто - в 9 раз дороже. Сколько стоят пальто и шапка вместе?
б) Масса арбуза Ь кг, а масса тыквы - на 2 кг меньше. Какова общая масса арбуза и тыквы?
в) В ведро входит c л воды, а в кастрюлю - в 7 раз меньше. На сколько объём ведра больше объёма кастрюли?
г) В куске было (d м ткани. Из этой ткани сшили 8 одинаковых платьев, расходуя на каждое платье по n м. Сколько метров ткани осталось в куске

Решение
а) (a * 9) + a

б) (b - 2) + b

в) c - (c: 7)

г) d -(8 * n)

Задача 12

Отгадай, кто это?

На странице использованы задачи и задания из книги Л. Г. Петерсон «Математика. 3 класс. Часть1.» 2008г.
Ссылка на сайт автора:

Достаточно часто в математической науке возникает ряд трудностей и вопросов, причем многие ответы не всегда проясняются. Не исключением стала такая тема, как мощность множеств. По сути, это не что иное как численное выражение количества объектов. В общем смысле множество является аксиомой, у него нет определения. В основе лежат любые объекты, а точнее их набор, который может носить пустой, конечный или бесконечный характер. Кроме этого, он содержит числа целые или натуральные, матрицы, последовательности, отрезки и прямые.

О существующих переменных

Нулевой или пустой набор, не имеющий собственного значения, считается элементом мощности, так как это подмножество. Сбор всех подмножеств непустого множества S является множеством множеств. Таким образом, набор мощности заданного множества считается многим, мыслимым, но единым. Это множество называется множеством степеней S и обозначается P (S). Если S содержит N элементов, то P (S) содержит 2 ^ n подмножеств, так как подмножество P (S) является либо ∅, либо подмножеством, содержащим r элементов из S, r = 1, 2, 3, ... Составленное из всего бесконечного множества M называется степенным количеством и символически обозначается P (M).

Эта область знаний была разработана Джорджем Кантором (1845-1918 годы жизни). Сегодня она используется почти во всех отраслях математики и служит ее фундаментальной частью. В теории множеств элементы представлены в форме списка и заданы типами (пустой набор, одноэлементный, конечные и бесконечные множества, равные и эквивалентные, универсальные), объединение, пересечение, разность и дополнение чисел. В повседневной жизни часто говорится о коллекции таких объектов, как куча ключей, стая птиц, пачка карточек и т. д. В математике 5 класса и не только, встречаются натуральные, целые, простые и составные числа.

Можно рассмотреть следующие множества:

натуральные числа;
буквы алфавита;
первичные коэффициенты;
треугольники с разными значениями сторон.

Видно, что эти указанные примеры представляют собой четко определенные множества объектов. Рассмотрим еще несколько примеров:

пять самых известных ученых мира;
семь красивых девушек в обществе;
три лучших хирурга.

Эти примеры мощности множества не являются четко определенными коллекциями объектов, потому, что критерий "наиболее известных", "самых красивых", "лучших" варьируется от человека к человеку.

Наборы

Это значение представляет собой четко определенное количество различных объектов. Предположив, что:

набор слов является синонимом, агрегатом, классом и содержит элементы;
объекты, члены являются равными по значению терминами;
наборы обычно обозначаются прописными буквами ;
элементы набора представлены маленькими буквами a, b, c.

Если «a» - элемент множества A, то говорится, что «a» принадлежит A. Обозначим фразу «принадлежит» греческим символом «∈» (epsilon). Таким образом, выходит, что a ∈ A. Если "b" - элемент, который не принадлежит A, это представляется как b ∉ A. Некоторые важные наборы, используемые в математике 5 класса, представляют, используя три следующих метода:

заявки;
реестров или табличные;
правило создания построения.

При детальном рассмотрении форма заявления основана на следующем. В этом случае задано четкое описание элементов множества. Все они заключены в фигурные скобки. Например:

множество нечетных чисел, меньших 7 - записывается как {меньше 7};
набор чисел больше 30 и меньше 55;
количество учеников класса, вес которых больше, чем учителя.

В форме реестра (табличной) элементы набора перечислены в паре скобок {} и разделены запятыми. Например:

Пусть N обозначает множество первых пяти натуральных чисел. Следовательно, N = → форма реестра
Набор всех гласных английского алфавита. Следовательно, V = {a, e, i, o, u, y} → форма реестра
Множество всех нечетных чисел меньше 9. Следовательно, X = {1, 3, 5, 7} → форма реестра
Набор всех букв в слове «Математика». Следовательно, Z = {M, A, T, H, E, I, C, S} → Форма реестра
W - это набор последних четырех месяцев года. Следовательно, W = {сентябрь, октябрь, ноябрь, декабрь} → реестр.

Стоит отметить, что порядок, в котором перечислены элементы, не имеет значения, но они не должны повторяться. Установленная форма построения, в заданном случае правило, формула или оператор записываются в пару скобок, чтобы набор был корректно определен. В форме set builder все элементы должны обладать одним свойством, чтобы стать членом рассматриваемого значения.

В этой форме представления набора элемент множества описывается с помощью символа «x» или любой другой переменной, за которой следует двоеточие («:» или «|» используется для обозначения). Например, пусть P - множество счетных чисел, большее 12. P в форме set-builder написано, как - {счетное число и больше 12}. Это будет читаться определенным образом. То есть, «P - множество элементов x, такое, что x является счетным числом и больше 12».

Решенный пример с использованием трех методов представления набора: количество целых чисел, лежащих между -2 и 3. Ниже приведены примеры различных типов наборов:

Пустой или нулевой набор, который не содержит какого-либо элемента и обозначается символом ∅ и считывается как phi. В форме списка ∅ имеет написание {}. Пустым является конечное множество, так как число элементов 0. Например, набор целых значений меньше 0.
Очевидно, что их не должно быть <0. Следовательно, это пустое множество.
Набор, содержащий только одну переменную, называется одноэлементным множеством. Не является ни простым, ни составным.

Конечное множество

Множество, содержащее определенное число элементов, называется конечным либо бесконечным множеством. Пустое относится к первому. Например, набор всех цветов в радуге.

Бесконечное количество - это набор. Элементы в нем не могут быть перечислены. То есть, содержащий подобные переменные, называется бесконечным множеством. Примеры:

мощность множества всех точек в плоскости;
набор всех простых чисел.

Но стоит понимать, что все мощности объединения множества не могут быть выражены в форме списка. К примеру, вещественные числа, так как их элементы не соответствуют какой-либо конкретной схеме.

Кардинальный номер набора - это число различных элементов в заданном количестве A. Оно обозначается n (A).

Например:

A {x: x ∈ N, x <5}. A = {1, 2, 3, 4}. Следовательно, n (A) = 4.
B = набор букв в слове ALGEBRA.

Эквивалентные наборы для сравнения множеств

Две мощности множества A и B являются таковыми, если их кардинальное число одинаково. Символом для обозначения эквивалентного набора является «↔». Например: A ↔ B.

Равные наборы: две мощности множества A и B, если они содержат одни и те же элементы. Каждый коэффициент из A является переменной из B, и каждый из B является указанным значением A. Следовательно, A = B. Различные типы объединения множеств в мощности и их определения объясняются с помощью указанных примеров.

Сущность конечности и бесконечности

Каковы различия между мощностью конечного множества и бесконечного?

Для первого значения характерно следующее название, если оно либо пустое, либо имеет конечное число элементов. В конечном множестве переменная может быть указана, если она имеет ограниченный счет. Например, с помощью натурального числа 1, 2, 3. И процесс листинга заканчивается на некотором N. Число различных элементов, отсчитываемых в конечном множестве S, обозначается через n (S). А также называется порядком или кардинальным. Символически обозначается по стандартному принципу. Таким образом, если множество S является русским алфавитом, то оно содержит в себе 33 элемента. Также важно запомнить, что элемент не встречается более одного раза в наборе.

Бесконечное количество в множестве

Множество называется бесконечным, если элементы не могут быть перечислены. Если оно имеет неограниченное (то есть несчетное) натуральное число 1, 2, 3, 4 для любого n. Множество, которое не является конечным, называется бесконечным. Теперь можно обсудить примеры рассматриваемых числовых значений. Варианты конечного значения:

Пусть Q = {натуральные числа меньше 25}. Тогда Q - конечное множество и n (P) = 24.
Пусть R = {целые числа между 5 и 45}. Тогда R - конечное множество и n (R) = 38.
Пусть S = {числа, модуль которых равен 9}. Тогда S = {-9, 9} является конечным множеством и n (S) = 2.
Набор всех людей.
Количество всех птиц.

Примеры бесконечного множества:

количество существующих точек на плоскости;
число всех пунктов в сегменте линии;
множество положительных целых чисел, кратных 3, является бесконечным;
все целые и натуральные числа.

Таким образом, из приведенных выше рассуждений понятно, как различать конечные и бесконечные множества.

Мощность множества континуум

Если провести сравнение множества и других существующих значений, то к множеству присоединено дополнение. Если ξ - универсальное, а A - подмножество ξ, то дополнение к A является количеством всех элементов ξ, которые не являются элементами A. Символически обозначается дополнение A относительно ξ как A". К примеру, 2, 4, 5, 6 являются единственными элементами ξ, которые не принадлежат A. Следовательно, A"= {2, 4, 5, 6}

Множество с мощностью континуум имеет следующие особенности:

дополнением универсального количества является пустое рассматриваемое значение;
эта переменная нулевого множества является универсальным;
количество и его дополнение являются непересекающимися.

Например:

Пусть количество натуральных чисел является универсальным множеством и А - четное. То, тогда A "{x: x - множество нечетное с такими же цифрами}.
Пусть ξ = множество букв в алфавите. A = набор согласных. Тогда A "= количество гласных.
Дополнением к универсальному множеству является пустое количество. Можно обозначить через ξ. Тогда ξ "= Множество тех элементов, которые не входят в ξ. Пишется и обозначается пустое множество φ. Поэтому ξ = φ. Таким образом, дополнение к универсальному множеству является пустым.

В математике «континуум» иногда используется для обозначения реальной линии. И в более общем плане, для описания подобных объектов:

континуум (в теории множеств) - вещественная линия или соответствующее кардинальное число;
линейный - любое упорядоченное множество, которое разделяет определенные свойства реальной прямой;
континуум (в топологии) - непустое компактное связное метрическое пространство (иногда хаусдорфово);
гипотеза о том, что никакие бесконечные множества больше целых чисел, но меньшие, чем действительные числа;
мощность континуума - кардинальное число, представляющее размер множества действительных чисел.

По существу дела, континуум (измерение), теории или модели, которые объясняют постепенные переходы из одного состояния в другое без каких-либо резких изменений.

Проблемы объединения и пересечения

Известно, что пересечение двух или более множеств - это количество, содержащее все элементы, которые являются общими в этих значениях. Задачи Word на множествах решаются, чтобы получить основные идеи о том, как использовать свойства объединения и пересечения множеств. Решенные основные проблемы слов на множествах выглядят так:

Пусть A и B - два конечных множества. Они представляют собой такие, что n (A) = 20, n (B) = 28 и n (A ∪ B) = 36, находится n (A ∩ B).

Связь в наборах с использованием диаграммы Венна:

Объединение двух множеств может быть представлено заштрихованной областью, представляющей A ∪ B. A ∪ B, когда A и B - непересекающиеся множества.
Пересечение двух множеств может быть представлено диаграммой Венна. С затененной областью, представляющей A ∩ B.
Разность двух наборов может быть представлена диаграммами Венна. С заштрихованной областью, представляющей A - B.
Связь между тремя наборами, использующими диаграмму Венна. Если ξ представляет универсальное количество, то A, B, C - три подмножества. Здесь все три набора являются перекрывающимися.

Обобщение информации о множестве

Мощность множества определяется как общее количество отдельных элементов в наборе. А последнее указанное значение описывается как количество всех подмножеств. При изучении подобных вопросов требуются методы, способы и варианты решения. Итак, у мощности множества примерами могут служить следующие:

Пусть A = {0,1,2,3}| | = 4, где | A | представляет мощность множества A.

Теперь можно найти свой набор мощности. Это тоже довольно просто. Как уже сказано, набор мощности установлен из всех подмножеств заданного количества. Поэтому нужно в основном определить все переменные, элементы и другие значения A, которые {}, {0}, {1}, {2}, {3}, {0,1}, {0,2}, {0,3}, {1,2}, {1,3}, { 2,3}, {0,1,2}, {0,1,3}, {1,2,3}, {0,2,3}, {0,1,2,3}.

Теперь мощность выясняет P = {{}, {0}, {1}, {2}, {3}, {0,1}, {0,2}, {0,3}, {1,2}, {1,3}, {2,3}, {0,1,2}, {0,1,3}, {1,2,3}, {0,2,3}, {0,1,2,3}}, который имеет 16 элементов. Таким образом, мощность множества A = 16. Очевидно, что это утомительный и громоздкий метод решения этой проблемы. Однако есть простая формула, по которой, непосредственно, можно знать количество элементов в множестве мощности заданного количества. | P | = 2 ^ N, где N - число элементов в некотором A. Эта формула может быть получена применением простой комбинаторики. Таким образом, вопрос равен 2 ^ 11, поскольку число элементов в множестве A равно 11.

Итак, множеством является любое численно выраженное количество, которое может быть всевозможным объектом. К примеру, машины, люди, числа. В математическом значении это понятие шире и более обобщенное. Если на начальных этапах разбираются числа и варианты их решения, то в средних и высших стадиях условия и задачи усложнены. По сути, мощность объединения множества определена принадлежностью объекта к какой-либо группе. То есть один элемент принадлежит к классу, но имеет одну или несколько переменных.

Множество – одно из основных понятий современной математики, используемое почти во всех ее разделах.

Во многих вопросах приходится рассматривать некоторую совокупность элементов как единое целое. Так, биолог, изучая животный и растительный мир данной области, классифицирует все особи по видам, виды по родам и т.д. Каждый вид является некоторой совокупностью живых существ, рассматриваемой как единое целое.

Для математического описания таких совокупностей и было введено понятие множества. По словам одного из создателей теории множеств – немецкого математика Георга Кантора (1845-1918), «множество есть многое, мыслимое нами как единое». Разумеется, эти слова не могут рассматриваться как математически строгое определение множества, такого определения не существует, поскольку понятие множества является исходным, на основе которого строятся остальные понятия математики. Но из этих слов ясно, что можно говорить о множестве натуральных чисел, множестве треугольников на плоскости.

Множества, состоящие из конечного числа элементов, называются конечными, а остальные множества – бесконечными. Например, множество китов в океане конечно, а множество рациональных чисел бесконечно. Конечные множества могут быть заданы перечислением их элементов (например, множество учеников в данном классе задается их списком в классном журнале). Если множество состоит из элементов , то пишут: . Бесконечные множества нельзя задать перечнем их элементов. Их задают обычно, указывая свойство, которым обладают все элементы данного множества, но не обладают никакие элементы, не принадлежащие этому множеству. Такое свойство называют характеристическим для рассматриваемого множества. Если - сокращенное обозначение предложения «элемент обладает свойством », то множество всех элементов, имеющих свойство , обозначают так: . Например, запись означает множество корней уравнения , т.е. множество . Может случиться, что не существует ни одного элемента, обладающего свойством (например, нет ни одного нечетного числа, которое делилось бы на 2). В этом случае во множестве нет ни одного элемента. Множество, не содержащее ни одного элемента, называется пустым. Его обозначают знаком .

Если элемент принадлежит множеству , то пишут: , в противном случае пишут: или . Множества, состоящие из одних и тех же элементов, называют равными (совпадающими). Например, равны множество равносторонних треугольников и множество равноугольных треугольников, так как это одни и те же треугольники: если в треугольнике все стороны равны, то равны и все его углы; обратно, из равенства всех трех углов треугольника вытекает равенство всех трех его сторон. Очевидно, что равны два конечных множества, отличающиеся друг от друга лишь порядком их элементов, например .

Всякий квадрат является прямоугольником. Говорят, что множество квадратов является частью множества прямоугольников, или, как говорят в математике, является подмножеством множества прямоугольников. Если множество является подмножеством множества , то пишут: или . Для любого множества верны включения и .

Из данных множеств и можно построить новые множества, применяя операции пересечения, объединения и вычитания. Пересечением множеств и называют их общую часть, т.е. множество элементов, принадлежащих как , так и . Это множество обозначают: . Например, пересечением двух геометрических фигур является их общая часть, пересечением множества ромбов с множеством прямоугольников – множество квадратов и т.д.

Объединением множеств и называют множество, составленное из элементов, принадлежащих хотя бы одному из этих множеств. В различных вопросах классификации используется представление множеств в виде объединения попарно непересекающихся подмножеств. Например, множество многоугольников является объединением множества треугольников, четырехугольников, ..., -угольников.

Если применять операции объединения и пересечения к подмножествам некоторого множества , то снова получатся подмножества того же множества . Эти операции обладают многими свойствами, похожими на свойства операций сложения и умножения чисел. Например, пересечение и объединение множеств обладают свойствами коммутативности и ассоциативности, пересечение дистрибутивно относительно объединения, т.е. для любых множеств и верно соотношение и т.д. Но в то же время у операций над множествами есть ряд свойств, не имеющих аналогов в операциях над числами. Например, для любого множества верны равенства и , верен второй закон дистрибутивности и т.д.

С помощью свойств операций над множествами можно преобразовывать выражения, содержащие множества, подобно тому как с помощью свойств операций над числами преобразовывают выражения в обычной алгебре. Возникающая таким путем алгебра называется булевой алгеброй, по имени английского математика и логика Дж. Буля (1815-1864), который занимался ею в связи с проблемами математической логики. Булевы алгебры находят многочисленные применения, в частности в теории электрических сетей.

Основной характеристикой конечного множества является число его элементов (например, множество вершин квадрата содержит 4 элемента). Если в множествах и поровну элементов, например если , , то из элементов этих множеств можно составить пары , причем каждый элемент из , равно как и каждый элемент из , входит в одну, и только одну, пару. Говорят, что в этом случае между элементами множеств и установлено взаимно-однозначное соответствие. И наоборот, если между двумя конечными множествами и можно установить взаимно-однозначное соответствие, то в них поровну элементов.

Г. Кантор предложил аналогичным образом сравнивать между собой бесконечные множества. Говорят, что множества и имеют одинаковую мощность, если между ними можно установить взаимно-однозначное соответствие. Сравнивая таким путем множества, составленные из чисел, Кантор показал, что существует взаимно-однозначное соответствие между множеством натуральных чисел и множеством рациональных чисел, хотя множество натуральных чисел является лишь частью множества рациональных чисел. Таким образом, в теории бесконечных множеств теряет силу утверждение, что «часть меньше целого».

Множества, имеющие ту же мощность, что и множество натуральных чисел, называют счетными. Таким образом, множество рациональных чисел счетно. Важнейший пример несчетного множества – множество всех действительных чисел (или, что то же самое, множество точек на прямой линии). Так как прямая линия непрерывна, то такую несчетную мощность называют мощностью континуума (от латинского continuum - «непрерывный»). Мощность континуума имеют множества точек квадрата, куба, плоскости и всего пространства.

В течение долгих лет математики решали проблему: существует ли множество, мощность которого является промежуточной между счетной и мощностью континуума. В 60-х гг. нашего века американский математик П. Коэн и чешский математик П. Вопенка почти одновременно независимо друг от друга доказали, что как существование такого множества, так и отсутствие его не противоречат остальным аксиомам теории множеств (подобно тому, как принятие аксиомы о параллельных или отрицание этой аксиомы не противоречат остальным аксиомам геометрии).

Множество - это совокупность объектов, рассматриваемая как одно целое. Понятие множества принимается за основное, т. е. не сводимое к другим понятиям. Объекты, составляющие данное множество, называются его элементами. Основное отношение между элементом a и содержащим его множеством A обозначается так (a есть элемент множества A ; или a принадлежит A , или A содержит a ). Если a не является элементом множества A , то пишут (a не входит в A , A не содержит a ). Множество можно задать указанием всех его элементов, причем в этом случае употребляются фигурные скобки. Так {a , b , c } обозначает множество трех элементов. Аналогичная запись употребляется и в случае бесконечных множеств, причем невыписанные элементы заменяются многоточием. Так, множество натуральных чисел обозначается {1, 2, 3, ...}, а множество четных чисел {2, 4, 6, ...}, причем под многоточием в первом случае подразумеваются все натуральные числа, а во втором - только четные.

Два множества A и B называются равными , если они состоят из одних и тех же элементов, т. е. A принадлежит B и, обратно, каждый элемент B принадлежит A . Тогда пишут A = B . Таким образом, множество однозначно определяется его элементами и не зависит от порядка записи этих элементов. Например, множество из трех элементов a , b , c допускает шесть видов записи:

{a , b , c } = {a , c , b } = {b , a , c } = {b , c , a } = {c , a , b } = {c , b , a }.

Из соображений формального удобства вводят еще так называемое "пустое множество", а именно, множество, не содержащее ни одного элемента. Его обозначают , иногда символом 0 (совпадение с обозначением числа нуль не ведет к путанице, так как смысл символа каждый раз ясен).

Если каждый элемент множества A входит во множество B , то A называется подмножеством B , а B называется надмножеством A . Пишут (A входит в B или A содержится в B , B содержит A ). Очевидно, что если и , то A = B . Пустое множество по определению считается подмножеством любого множества.

Если каждый элемент множества A входит в B , но множество B содержит хотя бы один элемент, не входящий в A , т. е. если и , то A называется собственным подмножеством B , а B - собственным надмножеством A . В этом случае пишут . Например, запись и означают одно и то же, а именно, что множество A не пусто.

Заметим еще, что надо различать элемент a и множество {a }, содержащее a в качестве единственного элемента. Такое различие диктуется не только тем, что элемент и множество играют неодинаковую роль (отношение не симметрично), но и необходимостью избежать противоречия. Так, пусть A = {a , b } содержит два элемента. Рассмотрим множество {A }, содержащее своим единственным элементом множество A . Тогда A содержит два элемента, в то время как {A } - лишь один элемент, и потому отождествление этих двух множеств невозможно. Поэтому рекомендуется применять запись , и не пользоваться записью .

Определение. Множество - это совокупность некоторых объектов, объединенных по какому-либо признаку.

Элементы, составляющие множество, обычно обозначаются малыми латинскими буквами, а само множество - большой латинской буквой. Знак ∈ используется для обозначения принадлежности элемента множеству. Запись a∈A означает, что элемент a принадлежит множеству A. Если некоторый объект x не является элементом множества A, пишут x∉A. Например, если A - это множество четных чисел, то 2∈A, а 1∉A. Множества A и B считаются равными (пишут A = B), если они состоят из одних и тех же элементов.

Если множество содержит конечное число элементов, его называют конечным; в противном случае множество называется бесконечным. Если множество A конечно, символом |A| будет обозначаться число его элементов. Множество, не содержащее ни одного элемента, называется пустым и обозначается символом ∅. Очевидно, |∅|=0.

Пример . Пусть A - множество действительных решений квадратного уравнения x 2 + px + q = 0. Множество A конечно, |A|≤2. Если дискриминант D = p 2 -4q отрицателен, множество A пусто. Множество действительных решений квадратичного неравенства x 2 +px+q≤0 конечно, если D≤0, и бесконечно, если D>0.

Конечное множество может быть задано перечислением всех его элементов,

либо описываются их свойства. Если множество A состоит из элементов x, y, z, пишут A ={x, y, z,}. Например, A = {0, 2, 4, 6, 8} - множество четных десятичных цифр или - множество натуральных чисел, удовлетворяющих условию х + 2 = 1.

Введем используемое в дальнейшем понятие индексированного семейства множеств. Пусть I - некоторое множество, каждому элементу которого i сопоставлено однозначно определенное множество A i . Элементы множества I называют индексами, а совокупность множеств A i называют индексированным семейством множеств и обозначают через (A i) i ∈ I .

Говорят, что множество B является подмножеством множества A и пишут B⊂A, если всякий элемент множества B является элементом множества A. Например, множество натуральных чисел N является подмножеством множества целых чисел Z, а последнее в свою очередь является подмножеством множества рациональных чисел Q, то есть N⊂Z и Z⊂Q, или, короче, N⊂Z⊂Q. Легко видеть, что если B⊂A и A⊂B, то множества A и B состоят из одних и тех же элементов, и, значит, A=B, в противном случае . Наряду с обозначением B⊂A используется также A⊃B, имеющее тот же смысл.

Подмножества множества A, отличные от ∅ и A, называются собственными. Пустое множество и множество А называются несобственными подмножествами множества А. Совокупность всех подмножеств множества А называется его булеаном , или множеством-степенью , и обозначается через Р(А) или 2 А.

Пример . Пусть A = {a, b, c}. Тогда множество 2 A состоит из следующих элементов:

{∅}, {a}, {b}, {c}, {a,b}, {a,c}, {b,c}, {a,b,c}.

Если множество A конечно и содержит n элементов, то это множество имеет 2 n подмножеств, то есть |2 A |=2 | A | .

Все операции над множествами можно иллюстрировать с помощью диаграмм Эйлера-Венна. Если некоторое универсальное множество, содержащее как подмножества все другие множества, обозначить U и изобразить его в виде всей плоскости, то любое множество можно изобразить в виде части плоскости, т.е. в виде некоторой фигуры, лежащей на плоскости.

Объединением или суммой множеств А и В называют такое множество С, которое состоит из элементов множества А, или элементов множества В, или из элеметов обоих этих множеств, т.е. . Например, если A = {1, 2, 3} и B = {2, 3, 4}, то A∪B = {1, 2, 3, 4}.

Пересечением или произведением двух множеств А и В называется такое множество С, которое состоит из элементов, принадлежащих одновременно обоим множествам, т.е. . Например, если A = {1, 2, 3} и B = {2, 3, 4}, то A∩B = {2, 3}.

Разностью двух множеств А и В называется множество, состоящее из тех и только тех элементов, которые входят в А и одновременно не входят в В, т.е.

Например, если A = {1, 2, 3} и B ={2, 3, 4}, то A\B = {1}.

Если, в частности, А - подмножество U, то разность U \ A обозначается и называется дополнением множества А.

Симметрической разностью (кольцевой суммой) множеств А и В называется множество , т.е. . Например, если A ={1, 2, 3} и B = {2, 3, 4}, то AΔB = {1, 4}.

Законы алгебры множеств:

1. Коммутативный закон : .

2. Ассоциативный закон : .

3. Дистрибутивный закон :

4. Законы идемпотентности : , в частности

5. Законы поглощения :

6. Законы де Моргана (двойственности) :

7. Закон двойного дополнения :

8. Закон включения :

9. Закон равенства :

Пример 1. Проверим первый из законов де Моргана. Покажем сначала, что. Предположим, что . Тогда x∉A∩B, так что x не принадлежит хотя бы одному из множеств A и B. Таким образом, x∉A или x∉B, то есть или .

Это означает, что. Мы показали, что произвольный элемент множества является элементом множества. Следовательно, . Обратное включение доказывается аналогично. Достаточно повторить все шаги предыдущего рассуждения в обратном порядке.

Пример 2. Доказать включения

Решение. Легче всего это сделать по диаграмме Эйлера-Венна

Из любой пары элементов a и b (не обязательно различных) можно составить новый элемент - упорядоченную пару (a,b). Упорядоченные пары (a,b) и (c,d) считают равными и пишут (a,b) = (c,d), если a = c и b = d. В частности, (a,b) = (b,a) лишь в том случае, когда a=b. Элементы a и b называют координатами упорядоченной пары (a,b) .

Прямым (декартовым) произведением множеств A и B называется множество всех упорядоченных пар (a,b), где a∈A и b∈B. Прямое произведение множеств A и B обозначается через A×B. В соответствии с определением имеем

A×B = {(a,b)| a∈A, b∈B}. Произведение называется декартовым квадратом.

Пример 3. Даны множества А = {1; 2}; B = {2; 3}. Найти .

Решение.

Таким образом, декартово произведение не подчиняется коммутативному закону.

Пример 4. Пусть Из каких элементов состоят множества ?

Решение. Запишем множества А; В; С, перечислив их элементы:

А = {3; 4; 5; 6}; B = {2; 3}; C = {2}. Тогда Подобно парам, можно рассматривать упорядоченные тройки, четверки и, вообще, упорядоченные наборы элементов произвольной длины. Упорядоченный набор элементов длины n обозначается через (a 1 , a 2 , a n). Для таких наборов используется также название кортеж длины n. Допускаются в том числе и кортежи длины 1 - это просто одноэлементные множества. Кортежи (a 1 , a 2 , a n) и (b 1 , b 2 , b n) считаются равными, если a 1 = b 1 , a 2 = b 2 , a n = b n .

По аналогии с произведением двух множеств определим прямое произведение множеств A 1 , A 2 , A n как множество всех кортежей (a 1 , a 2 , a n) таких, что a 1 ∈A 1 , a 2 ∈A 2 , a n ∈A n . Обозначается прямое произведение через A 1 × A 2 × A n .

Понятие прямого произведения может быть обобщено на случай произвольного семейства множеств (A i) i ∈ I . Назовем I-кортежем набор элементов (A i) i ∈ I такой, что a i ∈A i для каждого i∈I. Прямое произведение семейства множеств (A i) i ∈ I - это множество, состоящее из всех I-кортежей. Для обозначения этого множества используется символ Π i ∈ I A i и его разновидности, подобные тем, которые применяются для обозначения пересечения и объединения семейства множеств.

В случае, когда множество A умножается само на себя, произведение называют (декартовой) степенью и используют экспоненциальные обозначения. Так, в соответствии с определением A × A = A 2 , A × A × A = A 3 и т. д. Считается, что A 1 = A и A 0 = ∅.

Непосредственно из определений следует справедливость следующих соотношений (A∪B) × C = (A × C) ∪ (B × C);

(A∩B) × C = (A × C) ∩ (B × C);

(A\B) × C = (A × C)\(B × C).

1. Судоплатов С.В., Овчинникова Е.В. Элементы дискретной математики. М.:ИНФРА-М, Новосибирск, 2002.

2. Асеев Г.Г., Абрамов О.М., Ситников Д.Э. Дискретная математика. Харьков, «Торсинг», 2003.

3. Нефедов В.Н., Осипова В.А. Курс дискретной математики. М.:Наука, 1973.

4. Лавров И.А., Максимова Л.Л. Задачи по теории множеств, математической логике и теории алгоритмов. М.:ФИЗМАТЛИТ, 2001.