Множества. Операции над множествами

Понятие множества относится к аксиоматическим понятиям математики.

Определение. Множество – такой набор, группа, коллекция элементов, которые обладают каким-либо общим для них всех свойством или признаком.

Обозначение: A , B .

Определение. Два множества A и B равны тогда и только тогда, когда они состоят из одних и тех же элементов. A = B .

Запись a ∈ A (a ∉ A) означает, что a является (не является) элементом множества A.

Определение. Множество, не содержащее элементов, называется пустым и обозначается ∅.

Обычно в конкретных случаях элементы всех рассматриваемых множеств берутся из одного, достаточно широкого множества U, которое называется уни- версальным множеством.

Мощность множества обозначается как |M| .
Замечание: для конечных множеств мощность множества – это число элементов.

Определение. Если |A| = |B| , то множества называются равномощными.

Для иллюстрации операций над множествами часто используются диаграммы Эйлера – Венна. Построение диаграммы заключается в изображении большого прямоугольника, представляющего универсальное множество U , а внутри его – кругов, представляющих множества.

Над множествами определены следующие операции:

• объединение А∪В: = {х/х∈А∨х∈В}

• пересечение А∩В: = {х/х∈А&х∈В}

• разность А\В: = {х/х∈А&х∈В}

• дополнение A U \ A : = {x / x U & x ∉ A}

Задача1.1.Дано: а)A,B⊆Z, A = {1;3;4;5;9}, B = {2;4;5;10}. б)A,B⊆R, A = [-3;3), B = (2;10].

Найти: A∩B, A∪B, A\B, B\A, B.

Решение.

a) A∩B = {4;5}, A∪B = {1;2;3;4;5;9;10}, A \ B = {1;3;9}, B \ A = {2;10}, B = Z \ B;

б) A∩B = (2;3), A∪B = [-3;10] , A\B = [-3,2], B\A = [3,10],B Z\B = (-∞,2]∪(10,+∞).

Задачи для самостоятельного решения

1) Дано: а) A, B ⊆ Z, A = {1;2;5;7;9;11}, B = {1;4;6;7}.

б) A, B ⊆ R, A = [-3; 7), B = [-4; 4].

Найти: A∩B, A∪B, A\B, B\A, B.

2) Дано: а) A, B ⊆ Z, A = {3;6;7;10}, B = {2;3;10;12}.

б) A, B ⊆ R, A = [1;6), B = [-1;9].

Найти: A∩B, A∪B, A\B, B\A, B.

3) Дано: а) A, B ⊆ Z, A = {1;2;5;7;9;11}, B = {1;4;6;7}.

б) A, B ⊆ R, A = [4; 7), B = [3; 6].

Найти: A ∩ B, A ∪ B, A\B, B\A, B.

4) Дано: а) A, B ⊆ Z, A = {0;4;6;7}, B = {-3;3;7}.

б)A,B ⊆ R, A = [-15;0), B = [-2;1].

Найти: A∩B, A∪B, A\B, B\A, A.

5) Дано: а) A, B ⊆ Z, A = {0;9}, B = {-6;0;3;9}.

б) A, B ⊆ R, A = [-10; 5), B = [-1; 6].

Найти: A ∩ B, A ∪ B, A\B, B\A, B.

6) Дано: а)A, B ⊆ Z, A = {0;6;9}, B = {-6;0;3;7}.

б) A, B ⊆ R, A = [-8;3), B = [2;16].

Найти: A ∩ B, A ∪ B, A\B, B\A, B.

7) Дано: а)A, B ⊆ Z, A = {-1;0;2;10}, B = {-1;2;9;10}.

б)A, B ⊆ R, A = [-10;9), B = [-5;15].

Найти: A∩B, A∪B, A\B, B\A, B.

8) Дано: а) A,B ⊆ Z, A = {1;2;9;37}, B = {-1;1;9;11;15}.

б) A, B ⊆ R, A = [-8;1), B = [-5;7].

Найти: A ∩ B, A ∪ B, A\B, B\A, B.

9) Дано: а) A, B ⊆ Z, A = {-1;0;9;17}, B = {-1;1;9;10;25}.

б) A, B ⊆ R, A = [-4;9), B = [-5;7].

Найти: A∩B, A∪B, A\B, B\A, B.

10) Дано: а)A,B⊆Z, A = {1;7;9;17}, B = {-2;1;9;10;25}.

б) A,B⊆R, A = [4;9), B = [3;7].

Найти: A ∩ B, A ∪ B, A\B, B\A, A.

Задача1.1. Используя диаграммы Эйлера-Венна доказать тождество:

A\ (B\C) = (A\B) ∪ ( A ∩ C).

Решение.

Построим диаграммы Венна.

Левая часть равенства представлена на рисунке а), правая – на рисунке б). Из диаграмм очевидно равенство левой и правой частей данного соотношения.

Задачи для самостоятельного решения

Используя диаграммы Эйлера-Венна доказать тождества:

1) A\(B ∪ C) = (A\B) ∩ (A\C);

2) A ∪ (B\C) = (A ∩ B)\C;

3) A ∪ (B \ C) = (A ∩ B) \ (A ∩ C);

4) (A\B) \C = (A\B) \ (B\C);

5) (A\B) \C = (A\B) ∪ (A∩C);

6) A∩ (B ∪ C) = (A ∩ B) ∪ (A ∩ C);

7) (A ∩ B) \ (A ∩ C) = (A ∩ B) \C;

8) A∪ (B ∩ C) = (A ∪ B) ∩ (A ∪ C);

9) (A ∪ B) \C = (A\C) ∪ (B\C)

10) A∪ (A ∩ B) = A ∪ B

Задача 1.3. На уроке литературы учитель решил узнать, кто из 40 учеников класса читал книги A, B, C. Результаты опроса оказались таковы: книгу A читали 25 учеников; книгу B читали 22 ученика; книгу C читали 22 ученика; книги A или B читали 33 ученика; книги A или C читали 32 ученика; книги B или C читали 31 ученик; все книги читали 10 учеников. Определите: 1) Сколько учеников прочли только книгу A?

2) Сколько учеников прочли только книгу B?

3) Сколько учеников прочли только книгу C?

4) Сколько учеников прочли только по одной книге?

5) Сколько учеников прочли хотя бы одну книгу?

6) Сколько учеников не прочитали ни одной книги?

 

Решение.

Пусть U - множество учеников в классе. Тогда

|U| = 40,   |A| = 25,  |B| = 22, |C| = 22,   |A ∪ B| = 33,   |A ∪ C| = 32,  |B ∪ C| = 31,  |A ∩ B ∩ C| = 10

Попробуем проиллюстрировать задачу.

Разобьём множество учеников, прочитавших хотя бы одну книгу, на семь подмножеств k₁, k₂, k₃, k₄, k₅, k₆, k₇, где

k₁ - множество учеников, прочитавших только книгу A;

k₃ - множество учеников, прочитавших только книгу B;

k₇ - множество учеников, прочитавших только книгу C;

k₂ - множество учеников, прочитавших книги A и B и не читавших книгу C;

k₄ - множество учеников, прочитавших книги A и C и не читавших книгу B;

k₆ - множество учеников, прочитавших книги B и C и не читавших книгу A;

k₅ - множество учеников, прочитавших книги A, B и C.

Вычислим мощность каждого из этих подмножеств.

|k₂| = |A ∩ B|-|A ∩ B ∩ C|; |k₄| = |A ∩ C|-|A ∩ B ∩ C|;

|k₆| = |B ∩ C| - |A ∩ B ∩ C|; |k₅| = |A ∩ B ∩ C|.

Тогда |k₁| = |A| - |k₂| - |k₄| - |k₅|, |k₃| = |B| - |k₂| - |k₆| - |k₅|, |k₇| = |C| - |k₆| - |k| - |k₅|.

Найдём |A ∩ B|, |A ∩ C|, |B ∩ C|.

|A ∩ B| = | A| +| B| - |A ∩ B| = 25 + 22 - 33 = 14 ,

|A ∩ C| = |A| + |C| - |A ∩ C| = 25 + 22 - 32 = 15 ,

|B ∩ C| = |B| + |C| - |B ∩ C| = 22 + 22 - 31 = 13 .

Тогда k₁ = 25-4-5-10 = 6; k₃ = 22-4-3-10 = 5; k₇ = 22-5-3-10 = 4;

|A ∪ B ∪ C| = |A ∪ B| + |C| - |(A ∪ B ) ∪ C| .

Из рисунка ясно, что |C| - |( A ∪ B ) ∪ C| = |k₇| = 4, тогда |A ∪ B ∪ C| = 33+4 = 37 – число учеников, прочитавших хотя бы одну книгу.

Так как в классе 40 учеников, то 3 ученика не прочитали ни одной книги.

Ответ:

1. 6 учеников прочли только книгу A.
2. 5 учеников прочли только книгу B.
3. 4 ученика прочли только книгу C.
4. 15 учеников прочли только по одной книге.
5. 37 учеников прочли хотя бы одну книгу из A, B, C.
6. 3 ученика не прочитали ни одной книги.

Задачи для самостоятельного решения

1) В течение недели в кинотеатре шли фильмы A, B, C . Каждый из 40 школьни- ков видел либо все 3 фильма, либо один из трёх. Фильм A видели 13 школьников. Фильм B видели 16 школьников. Фильм C видели 19 школьников. Сколько школьников видели только по одному фильму?

2) В международной конференции участвовало 120 человек. Из них 60 владеют русским языком, 48 – английским, 32 – немецким, 21 – русским и английским, 19 – английским и немецким, 15 – русским и немецким, а 10 человек владеют всеми тремя языками. Сколько участников конференции не владеют ни одним из этих языков?

3) В спортивных соревнованиях участвует школьная команда из 20 человек, каждый из которых имеет спортивный разряд по одному или нескольким из трёх видов спорта: лёгкой атлетике, плаванию и гимнастике. Известно, что 12 из них имеют разряды по лёгкой атлетике, 10 – по гимнастике и 5 – по плаванию. Определите количество школьников из этой команды, имеющих разряды по всем видам спорта, если по лёгкой атлетике и плаванию разряды имеют 2 человека, по лёгкой атлетике и гимнастике – 4 человека, по плаванию и гимнастике – 2 человека.

4) Опрос 100 студентов дал следующие результаты о количестве студентов, изучающих различные иностранные языки: испанский – 28; немецкий – 30; французский – 42; испанский и немецкий – 8; испанскии и французский – 10; немецкий и французский – 5; все три языка – 3. Сколько студентов изучает немецкий язык в том и только том случае, если они изучают французский язык? 5) Опрос 100 студентов выявил следующие данные о числе студентов, изучающих различные иностранные языки: только немецкий – 18; немецкий, но не испанский – 23; немецкий и французский – 8; немецкий – 26; французский – 48; французский и испанский – 8; никакого языка – 24. Сколько студентов изучают немецкий и испанский язык?

6) В отчёте об опросе 100 студентов сообщалось, что количество студентов, изучающих различные языки, таково: все три языка – 5; немецкий и испанский – 10; французский и испанский – 8; немецкий и французский – 20; испанский – 30; немецкий – 23; французский – 50. Инспектор, представивший этот отчёт, был уволен. Почему?

7) В международной конференции участвовало 100 человек. Из них 42 владеют французским языком, 28 – английским, 30 – немецким, 10 – французским и английским, 8 – английским и немецким, 5 – французским и немецким, а 3 чело- века владеют всеми тремя языками. Сколько участников конференции не владеют ни одним из этих языков?

8) Студенты 1 курса, изучающие информатику в университете, могут посещать и дополнительные дисциплины. В этом году 25 из них предпочли изучать бухгалтерию, 27 выбрали бизнес, а 12 решили заниматься туризмом. Кроме того, было 20 студентов, слушающих курс бухгалтерии и бизнеса, 5 изучали бухгалтерию и туризм, а 3 – туризм и бизнес. Известно, что никто из студентов не отважился посещать сразу 3 дополнительных курса. Сколько студентов посещали, по крайней мере, 1 дополнительный курс?
9) В олимпиаде по математике для абитуриентов приняло участие 40 учащихся. Им было предложено решить одну задачу по алгебре, одну по геометрии и одну по тригонометрии. Задачу по алгебре решили 20 человек, по геометрии – 18, по тригонометрии – 18 человек. Задачи по алгебре и геометрии решили 7 человек, по алгебре и тригонометрии – 8 человек, по геометрии и тригонометрии – 9 человек. Ни одной задачи не решили 3 человека. Сколько учащихся решили толь- ко две задачи?

10) В классе 40 учеников. Из них по русскому языку имеют тройки 19 человек, по математике – 17 человек и по физике – 22 человека. 4 ученика имеют тройки только по одному русскому языку, 4 – только по математике и 11 – только по физике. По русскому, математике и физике имеют тройки 5 учащихся. 7 человек имеют тройки по математике и физике. Сколько учеников имеют тройки по двум из трёх предметов?