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集合的运算

三个集合把全集切成 8 块;交、并、差、补不过是在这 8 块上涂色,等式成立就是两张图涂得一样。

📖 配合《集合》第 2 章阅读M5 容斥原理线M10 选择合适的记号线

到这里之前,先经过:元素与集合(概念)

先动手,再读字随便点几块涂上颜色,看下面自动写出的式子。能不能涂出一块让机器写得特别长的?

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观察

  1. 只涂 和 的公共部分(不管 )。机器写出什么?再把这块里属于 的那一小块擦掉,式子变成了什么?
  2. 涂“在 里但不在 里”的两块。机器为什么用了 而不是 和补?
  3. 涂 外面的所有区域,再点“取补集”,来回切换。两个式子是什么关系?
  4. 三个圈把 切成了几块?每一块要么涂、要么不涂。

交、并、补、差都是按元素定义的:

“且”“或”“非”三个逻辑词就是全部的秘密。韦恩图把这件事画了出来:一个元素落在哪一块,只取决于它在不在 、在不在 、在不在 ——三个“是/否”,一共 种。

先猜后证

三个集合 把全集 切成 块。用 和交、并、差、补能写出多少个不同的集合?

先选定答案,才能看到结论。

为什么:反演律

证明两个集合相等,标准做法是“互相包含”,也就是逐个元素地追:任取左边的元素,证它在右边;反过来也一样。韦恩图上,这等价于每一块都涂得一样。

证明:∁(A∪B) = ∁A ∩ ∁B

第 1 / 6 步
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  1. 左边

    先涂 :两个圈里的三块。

交换律、结合律、分配律、吸收律也都能这样一块一块地验。下面这台“对图机”把左右两边并排画出来:分配律有两条,哪个才是 的另一种写法?

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红色的块就是两边不一致的地方,往那里放一个元素就得到反例。

和数的运算不同,集合里两条分配律都成立: 对 可以分配, 对 也可以分配。

如果去掉一个条件

Break it

反例实验室:去掉一个条件

结论:括号可以随便挪

全是 (或全是 )时,结合律成立,括号怎么加都一样:

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练一练

练习 1基础

, 是 中偶数组成的集合, 是 中 的倍数组成的集合。求 的元素个数。

练习 2基础

已知 ,,。求 (把元素用逗号隔开写出)。

练习 3提高

满足 的有序集合对 共有多少个?( 与 在 时算两个。)

练习 4挑战

。满足 且 的有序三元组 有多少个?

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展品

把差集当成能随便挪括号

错误的做法:
错在哪里?先想一想,再打开

病因 取 :左边 ,所以左边是 ;右边 ,再减还是 。两边在 这一块上不一样。

正确的做法:逐个元素检查,或者把差写成交:。

「只有并和交才能随便挪括号,差不行」

展品

补集套进括号,忘了把运算也翻过来

错误的做法:
错在哪里?先想一想,再打开

病因 一个元素不在 里,只说明它至少缺一个:可能在 里不在 里。比如 ,,:左边是 ,右边是 。

正确的做法:反演律要同时做两件事:每个集合取补,交换成并:。

「补集进括号,交并要对调」