Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
матан лекция.docx
Скачиваний:
32
Добавлен:
15.11.2018
Размер:
1.6 Mб
Скачать

1.2. Операции над множествами.

        В этом параграфе будут рассмотрены три простые операции, которые можно производить над множествами: объединение, пересечение и разность (дополнение) множеств.

        Опр.1.2. Пусть даны множества А и В. Их объединением называется множество С, состоящее из элементов, принадлежащих хотя бы одному из множеств А, В.         Объединение множеств обозначается символами "+" и "∪": C=AB. Пусть, например, А={-6, -3, 0, 3, 6}, B={0,2, 4, 6, 8}. Тогда AB = {-6, -3, 0, 2, 3, 4, 6, 8}. Геометрически объединение множеств изображено на рис. 2.         Аналогично определяется объединение большего числа множеств.         Опр.1.3. Объединением множеств А1, А2, А3, …, Аn (обозначение ) называется множество, состоящее из элементов, принадлежащих хотя бы одному из множеств А1, А2, А3, …, Аn.

Свойства операции объединения.

        Теор. 1.1. Справедливы следующие равенства:

    1. AB = BA (коммутативность);

    2. (АB) ∪C = А (BC) (ассоциативность);

    3. Если AB, то АВ= А;

    4. объединение А и пустого множества равно А.

        Док-во. Формулы, подобные формулам 1-2, обычно доказываются так. Берётся элемент, принадлежащий правой части равенства, и доказывается, что он принадлежит левой части. В результате для формулы 1, например, будет доказано, что ABBA. Затем берётся элемент, принадлежащий левой части, и доказывается, что он принадлежит правой части равенства; для формулы 1 это будет означать, что BAAB. Из включений ABBA и BAAB следует, что AB = BA.         Итак, пусть aАВ. Это значит, что либо aА, либо aB, либо эти включения имеют место одновременно. Во всех трех случаях aBA. Включение ABBA доказано. Пусть теперь aBA. Это значит, что либо aB, либо aA, либо эти включения имеют место одновременно. Во всех трех случаях aAB. Включение BAAB доказано. Следовательно, AB = BA, что и требовалось доказать.         Другой способ доказательства - изобразить левую и правую часть равенства для одних и тех же множеств на диаграммах Эйлера-Венна и убедиться, что они изображают одно и тоже множество. Так, для формулы 1 диаграммы приведены на рисунке слева.         Задание. Самостоятельно доказать включения соответствующих множеств и изобразить диаграммы для формул 2-4.

        Опр.1.4. Пересечением множеств А и В называется множество С, состоящее из элементов, принадлежащих одновременно и множеству А, и множеству В. Если множества А и Вне имеют общих элементов, их пересечение равно пустому множеству; в этом случае множества А и В называются непересекающимися.         Пересечение множеств обозначается символами "∩" и "·" (знак умножения): С = АВ или С = АВ. Для примера, приведенного после опр.1.2, АВ = {0, 6}. Геометрически пересечение множеств представлено на рис. 3.

Свойства операции пересечения множеств.

        Теор. 1.2. Справедливы следующие равенства:

  1. AB = BA (коммутативность);

  2. (AВ)∩С = А∩(ВС) (ассоциативность);

  3. Если AB, то АB = В;

  4. А= .

        Задание. Самостоятельно доказать включения соответствующих множеств и изобразить диаграммы для формул 5-8.         Опр. 1.5 пересечения множеств для большего числа множеств: Пересечением множеств А1, А2, А3, …, Аn ( обозначение ) называется множество, состоящее из элементов, входящих в каждое из множеств А1, А2, А 3, …, Аn.         Теор. 1.3. Для операций объединения и пересечения множеств справедливы законы дистрибутивности:

  1. A∪(BC) = (AB)∩(AC);

  2. A∩(BC) = (AB)∪(AC);.

        Док-во: Докажем формулу 9. Пусть aA∪(BC). Тогда либо aA (следовательно, aAB и aAC, т.е. a ∈ (AB)∩(AC); либо aBC (следовательно, одновременно, aB и aCaAB и aAC, т.е. a ∈ (AB)∩(AC); либо одновременно aA и aC (в этом случае можно применить любое из приведённых выше рассуждений). Таким образом, доказано, что A∪(BC) ⊆ (AB)∩(AC).         Пусть a ∈ (AB)∩(AC). Рассмотрим два случая. 1. Пусть aA. Тогда aA∪(BC). 2. Пусть aA , но a ∈ (AB)∩(AC), т.е. одновременно и aAB, и aAC. Это возможно, только если одновременно aB и aC; т.е. aBC, откуда следует, что aA∪(BC). Включение (AB)∩(AC) ⊆ A∪(BC) доказано.         Задание. Самостоятельно доказать формулу 10.

        Опр. 1.6. Разностью множеств А и В называется множество А\В, содержащее те элементы множества А, которые не принадлежат множеству В.         В опр. 1.6 не предполагается, что ВA (рис. 4). Если же ВA, то разность А\В называется дополнением множества В до множества А (рис. 5). Для дополнения множества А до универсального множества U применяется обозначение (рис. 6).

        Теор. 1.4. Операции разности и дополнения антидистрибутивны относительно операций объединения и пересечения:

  1. A\(BC) = (A\B)∩(A\C);

  2. A\(BC) = (A\B)∪(A\C).

        (Дополнение к объединению некоторых множеств равно пересечению их дополнений; дополнение к пересечению множеств равно объединению их дополнений.)         Док-во. Докажем формулу 11. Пусть aA\(BC). Это означает, что aA и aBC, т.е. aB, aC. Следовательно, aA\B и aA\C, т.е. a ∈ (A\B)∩(A\C). Включение A\(BC) ⊆ (A\B)∩(A\C) доказано.         Пусть a ∈ (A\B)∩(A\C). Это означает, что одновременно aA\B (т.е. aA и aB), и aA\C (т.е. aA и aC). Так как aB и aC, то aBC. Но aA, следовательно, aA\(BC). Включение (A\B)∩(A\C) ⊆ A\(BC) доказано. Из справедливости доказанных включений следует справедливость формулы 11.

        Задание. Самостоятельно доказать формулу 12 и обобщение формул 11, 12 на большее число множеств:

        13. ;         14. .

.3. Мощность множества.

        Количество элементов в конечном множестве естественно характеризовать их числом. В этом смысле множество чисел {-2, 0, 3,8} и множество букв {с, х, ф, а} эквивалентны, так как они содержат одинаковое число элементов. Для бесконечных множеств такого простого правила сравнения количеств элементов в них нет; чтобы получить возможность описывать количество элементов в бесконечных множествах, введём следующие определения.

        Опр. 1.7. Между множествами Аи В установлено взаимно-однозначное соответствие, если каждому элементу множества А каким-либо образом сопоставлен единственный элемент множества В, при этом каждому элементу множества В сопоставляетсяединственный элемент множества А.         Опр. 1.8. Множества, между которыми можно установить взаимно-однозначное соответствие, называются равномощными (имеющими одинаковую мощность, эквивалентными). Равномощность множеств обозначается символом "~": А ~ В.         Так, для приведённых выше множеств.взаимно-однозначное соответствие устанавливается соотношениями -2 ↔ с, 0 ↔ ф, 3 ↔ а, 8 ↔ х. Однако ценность опр. 1.8 эквивалентности множеств заключается в том, что оно применимо к любым, в том числе бесконечным, множествам. Так, рассмотрим множество N натуральных чисел и множество N2 = {2, 4, 6, …} четных чисел. Взаимно-однозначное соответствие между этими множествами устанавливается соотношениями n ↔ 2n, следовательно, эти множества равномощны: N ~ N2. Этот пример показывает, что собственное подмножество может быть равномощным всему множеству; естественно, это может быть только для бесконечных множеств.         Соотношение ~ эквивалентности множеств транзитивно: если А ~ В, В ~ С, то А ~ С. Взаимно-однозначное соответствие между элементами а и с множеств А и С устанавливается по цепочке авс.

        Опр. 1.9. Множество, эквивалентное множеству натуральных чисел N называется счётным множеством.         Другими словами, множество счётно, если его элементы можно перенумеровать всеми натуральными числами. Счётны множества N2 чётных натуральных чисел, множество нечётных чисел (соответствие n ↔ 2n-1, множество всех целых чисел {0, ±1, ±2, ±3, ±4,…} (соответствие 1 ↔ 0, 2 ↔ -1, 3 ↔ 1, 4 ↔ -2, 5 ↔ 2, …; вообще n ↔ (n-1)/2 для нечётных n и n ↔ -n/2 для чётных n).         Равномощны множества точек любых двух отрезков [a,b] и [c,d] (соответствие можно установить, например, с помощью центрального проектирования; рис. 7). Так же можно доказать равномощность множеств точек любых двух интервалов. Множество точек интервала равномощно множеству точек всей прямой (рис. 8). Сложнее ответить на вопрос, равномощны ли множества точек отрезка и интервала. Положительный ответ на этот вопрос даёт следующая теорема:         Теор. 1.5. Если множество А равномощно подмножеству В1 множества В, а множество В равномощно подмножеству А1 множества А, то множества А и В равномощны.

        Опр. 1.10. Множество, эквивалентное множеству точек любого отрезка, называется множеством мощности континуум.         Рассмотрим более подробно свойства счётных множеств и множеств мощности континуум.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]