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集合的性质

只知道集合满足一条规则和几个元素,就能把它“逼”出一大片:先动手推,再找推不动的那个不变量。

📖 配合《集合》第 6 章阅读M2 反证法线M15 赋值法线

到这里之前,先经过:子集族(概念)

先动手,再读字S 里有 12 和 18,而且任意两个元素的差还在 S 里。点两个元素做减法,你能逼出 S 里最小的正数吗?

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观察

  1. 先点 再点 :得到 。再用 和别的元素做减法,能得到哪些数?
  2. 多点几次“推一轮”。 在 中最后长成什么样?和蓝色刻度对一对。
  3. 有没有办法逼出 ?试试看,然后想一想为什么不行。
  4. 读数“最小的正元素”最后停在几?它和 、 是什么关系?

已知集合满足某种性质,问它必须含有哪些元素、必定具有什么别的性质——这是集合题里最常见的一类。做法总是两步:先按规则往外推,看清它被逼成什么样;再找一个规则改变不了的量(这里是“能被 整除”),说明推不出更多。

先猜后证

对减法封闭(),并且 ,。 中一定含有的最小正整数是几?

先选定答案,才能看到结论。

为什么

对减法封闭、含 12 和 18 的集合

第 1 / 5 步
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  1. 已知

    含 、,且对减法封闭。

另一种规则:一个元素生出下一个

规则也可以只作用在一个元素上:。从 出发,一直用下去会怎样?

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点几次。链条什么时候回到起点?

三步一圈:。所以只要 , 就至少含 三个元素。换一个起点、换一条规则 ,圈会有多长?

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如果去掉一个条件

Break it

反例实验室:去掉一个条件

结论: 中最小的正元素整除 的每个元素

对减法封闭时,推到最后,最小的正元素 整除一切:

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练一练

练习 1基础

整数集 对减法封闭,且 ,。 中一定含有的最小正整数是几?

练习 2基础

实数集 满足:,且 。已知 。 中必有的三个元素之积是多少?

练习 3提高

实数集 满足:,且 。已知 。 至少有几个元素?

练习 4挑战

实数集 非空、有限,,且 。若 , 可能是哪些数?

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展品

把“必含”说成“等于”

错误的做法: 对减法封闭,,,所以 。
错在哪里?先想一想,再打开

病因 能推出的是 ,,进而所有整数都在 里,即 。可题目没说 只含整数: 也对减法封闭,也含 和 。

正确的做法:结论应写成 。要说“等于”,还得证明反方向: 里没有别的东西。

「推出来的是下界,不是全部」

展品

以为 S 可能只有一个元素

错误的做法: 满足:。取 ,只要 就行。
错在哪里?先想一想,再打开

病因  化为 ,判别式 ,没有实数解。所以实数集 里, 和 一定是两个不同的元素。

正确的做法:先检查“不动点”方程有没有解。这里没有,于是 至少有两个元素——再往下推,其实至少有三个。

「想让规则“原地踏步”,先解方程看看」