Как найти объединенное множество

Решение некоторых математических задач предполагает нахождение пересечения и объединения числовых множеств. В статье ниже рассмотрим эти действия подробно, в том числе, на конкретных примерах. Полученный навык будет применим для решения неравенств с одной переменной и систем неравенств.

Простейшие случаи

Когда мы говорим о простейших случаях в рассматриваемой теме, то имеем в виду нахождение пересечения и объединения числовых множеств, представляющих из себя набор отдельных чисел. В подобных случаях будет достаточно использования определения пересечения и объединения множеств.

Определение 1

Объединение двух множеств – это множество, в котором каждый элемент является элементом одного из исходных множеств.

Пересечение множеств – это множество, которое состоит из всех общих элементов исходных множеств.

Из указанных определений логически следуют следующие правила:

– чтобы составить объединение двух числовых множеств, имеющих конечное количество элементов, необходимо записать все элементы одного множества и дописать к ним недостающие элементы из второго множества;

– чтобы составить пересечение двух числовых множеств, необходимо элементы первого множества один за другим проверить на принадлежность второму множеству. Те из них, которые окажутся принадлежащими обоим множествам и будут составлять пересечение.

Полученное согласно первому правилу множество будет включать в себя все элементы, принадлежащие хотя бы одному из исходных множеств, т.е. станет объединением этих множеств по определению.

Множество, полученное согласно второму правилу, будет включать в себя все общие элементы исходных множеств, т.е. станет пересечением исходных множеств.

Рассмотрим применение полученных правил на практических примерах.

Пример 1

Исходные данные: числовые множества А = {3, 5, 7, 12} и В = {2, 5, 8, 11, 12, 13}. Необходимо найти объединение и пересечение исходных множеств.

Решение

  1. Определим объединение исходных множеств. Запишем все элементы, к примеру, множества А: 3, 5, 7, 12. Добавим к ним недостающие элементы множества В: 2, 8, 11 и 13. В конечном итоге имеем числовое множество: {3, 5, 7, 12, 2, 8, 11, 13}. Упорядочим элементы полученного множества и получим искомое объединение: А∪B = {2, 3, 5, 7, 8, 11, 12, 13}.
  2. Определим пересечение исходных множеств. Согласно правилу, переберем один за другим все элементы первого множества A и проверим, входят ли они во множество B. Рассмотрим первый элемент – число 3: он не принадлежит множеству B, а значит не будет являться элементом искомого пересечения. Проверим второй элемент множества A, т.е. число 5: оно принадлежит множеству B, а значит станет первым элементом искомого пересечения. Третий элемент множества A – число 7. Оно не является элементом множества B, а, следовательно, не является элементом пересечения. Рассмотрим последний элемент множества A: число 1. Оно также принадлежит и множеству B, и соответственно станет одним из элементов пересечения. Таким образом, пересечение исходных множеств – множество, состоящее из двух элементов: 5 и 12, т.е. А∩В = {5, 12}.

Ответ: объединение исходных множеств – А∪B = {2, 3, 5, 7, 8, 11, 12, 13}; пересечение исходных множеств – А∩В = {5, 12}.

Все вышесказанное относится к работе с двумя множествами. Что же касается нахождения пересечения и объединения трех и более множеств, то решение этой задачи возможно свести к последовательному нахождению пересечения и объединения двух множеств. Например, чтобы определить пересечение трех множеств A, В и С, возможно сначала определить пересечение A и B, а затем найти пересечение полученного результата с множеством C. На примере это выглядит так: пусть будут заданы числовые множества: А = {3, 9, 4, 3, 5, 21}, В = {2,7, 9, 21} и С = {7, 9, 1, 3}. Пересечение первых двух множеств составит: А∩В = {9, 21}, а пересечение полученного множества с множеством А∩В = {9, 21}. В итоге: А∩В∩С = {9}.

Однако на практике, чтобы найти объединение и пересечение трех и более простейших числовых множеств, которые состоят из конечного количества отдельных чисел, удобнее применять правила, аналогичные указанным выше.

Т.е., чтобы найти объединение трех и более множеств указанного типа, необходимо к элементам первого множества добавить недостающие элементы второго множества, затем – третьего и т.д. Для пояснения возьмем числовые множества: А = {1, 2}, В = {2, 3}, С = {1, 3, 4, 5}. К элементам первого множества A добавится число 3 из множества B, а затем – недостающие числа 4 и 5 множества C. Таким образом, объединение исходных множеств: А∪В∪С = {1, 2, 3, 4, 5}.

Что же касается решения задачи на нахождение пересечения трех и более числовых множеств, которые состоят из конечного количества отдельных чисел, необходимо одно за другим перебрать числа первого множества и поэтапно проверять, принадлежит ли рассматриваемое число каждому из оставшихся множеств. Для пояснения рассмотрим числовые множества:

А = {3, 1, 7, 12, 5, 2} В = {1, 0, 2, 12} С = {7, 11, 2, 1, 6} D = {1, 7, 15, 8, 2, 6}.

Найдем пересечение исходных множеств. Очевидно, что множество B имеет меньше всего элементов, поэтому именно их мы будем проверять, определяя, входят ли они в остальные множества. Число 1 множества B является элементом и прочих множеств, а значит является первым элементом искомого пересечения. Второе число множества B – число 0 – не является элементом множества A, а, следовательно, не станет элементом пересечения. Продолжаем проверку: число 2 множества B является элементом прочих множеств и становится еще одной частью пересечения. Наконец, последний элемент множества B – число 12 – не является элементом множества D и не является элементом пересечения. Таким образом, получаем: A∩B∩C∩D = {1, 2}.

Координатная прямая и числовые промежутки как объединение их частей

Отметим на координатной прямой произвольную точку, например, с координатой -5,4. Указанная точка разобьет координатную прямую на два числовых промежутка – два открытых луча (-∞, -5,4) и (-5,4, +∞) и собственно точку. Нетрудно увидеть, что в соответствии с определением объединения множеств любое действительное число будет принадлежать объединению (-∞, -5,4)∪ {-5,4} ∪(-5,4, +∞). Т.е. множество всех действительных чисел R = (-∞; +∞) возможно представить в виде полученного выше объединения. И наоборот, полученное объединение будет являться множеством всех действительных чисел.

Отметим, что заданную точку возможно присоединить к любому из открытых лучей, тогда он станет простым числовым лучом (-∞, -5,4] или [-5,4, +∞). При этом множество R будет описываться следующими объединениями: (-∞, -5,4] ∪ (-5,4, +∞) или (-∞, -5,4) ∪ [-5,4, +∞)..

Подобные рассуждения действительны не только относительно точки координатной прямой, но и относительно точки на любом числовом промежутке. Т.е., если мы возьмем любую внутреннюю точку любого произвольного промежутка, его возможно будет представить, как объединение его частей, полученных после деления заданной точкой, и самой точки. К примеру, задан полуинтервал (7, 32] и точка 13, принадлежащая этому числовому промежутку. Тогда заданный полуинтервал можно представить в виде объединения (7, 13) ∪ {13} ∪ (13, 32] и обратно. Мы можем включить число 13 в любой из промежутков и тогда заданное множество (7, 32] можно представить, как (7, 13] ∪ (13, 32] или (7, 13] ∪ (13, 32]. Также мы можем взять в качестве исходных данных не внутреннюю точку заданного полуинтервала, а его конец (точку с координатой 32), тогда заданный полуинтервал можно представить, как объединение интервала (7, 32) и множества из одного элемента {32}. Таким образом: (7, 32] = (7, 32) ∪ {32}.

Еще один вариант: когда берется не одна, а несколько точек на координатной прямой или числовом промежутке. Эти точки разобьют координатную прямую или числовой промежуток на несколько числовых промежутков, а объединение этих промежутков будут составлять исходные множества. К примеру, на координатной прямой заданы точки с координатами -6, 0, 8, которые разобьют ее на промежутки: (-∞, -6), (-6,0), (0, 8), (8, +∞). При этом множество всех действительных чисел, олицетворением чего и является координатная прямая, возможно представить в виде объединения полученных промежутков и указанных чисел:

(-∞, -6) ∪ {-6} ∪(-6,0) ∪ {0} ∪ (0, 8) ∪ {8} ∪ (8, +∞).

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

С темой нахождения пересечения и объединения множеств возможно наглядно разобраться, если использовать изображения заданных множеств на координатной прямой (если только речь – не о простейших случаях, рассмотренных в самом начале статьи).

Мы рассмотрим общий подход, который позволяет определить результат пересечения и объединения двух числовых множеств. Опишем подход в виде алгоритма. Рассматривать его шаги будем постепенно, каждый раз приводя очередной этап решения конкретного примера.

Пример 2

Исходные данные: заданы числовые множества А = (7, +∞) и В = [-3, +∞). Необходимо найти пересечение и объединение данных множеств.

Решение

  1. Изобразим заданные числовые множества на координатных прямых. Их необходимо расположить друг над другом. Для удобства принято считать, что точки начала отсчета заданных множеств совпадают, и остается сохранным расположение точек друг относительно друга: любая точка с большей координатой лежит правее точки с меньшей координатой. При этом, если нам интересно объединение множеств, то координатные прямые объединяют слева квадратной скобкой совокупности; если интересует пересечение, то – фигурной скобкой системы.

В нашем примере для записи пересечения и объединения числовых множеств имеем: Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств и Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

Изобразим еще одну координатную прямую, расположив ее под уже имеющимися. Она понадобится для отображения искомого пересечения или объединения. На этой координатной прямой отмечают все граничные точки исходных числовых множеств: сначала черточками, а позже, после выяснения характера точек с этими координатами, черточки будет заменены выколотыми или невыколотыми точками. В нашем примере это точки с координатами -3 и 7.

Получим:

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множестви Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

Точки, которые изображены на нижней координатной прямой в предыдущем шаге алгоритма, дают возможность рассматривать координатную прямую как набор числовых промежутков и точек (об этом мы говорили выше). В нашем примере координатную прямую представим в виде набора пяти числовых множеств: (-∞, -3), {-3}, (-3, 7), {7}, (7, +∞).

Теперь необходимо поочередно проверить принадлежность каждого из записанных множеств искомому пересечению или объединению. Получаемые выводы поэтапно отмечаются на нижней координатной прямой: когда промежуток является частью пересечения или объединения, над ним рисуется штриховка. Когда точка входит в пересечение или объединение, то штрих заменяется на сплошную точку; если точка не является частью пересечения или объединения – ее делают выколотой. В этих действиях нужно придерживаться таких правил:

-. промежуток становится частью пересечения, если он одновременно является частью множества A и множества B (или иными словами – если есть штриховка над этим промежутком на обеих координатных прямых, отображающих множества А и B);

– точка становится частью пересечения, если она является одновременно частью каждого из множеств А и В (иными словами – если точка является невыколотой или внутренней точкой какого-либо интервала обоих числовых множеств A и B);

– промежуток становится частью объединения, если он является частью хотя бы одного из множеств A или B (иными словами – если присутствует штриховка над этим промежутком хотя бы на одной из координатных прямых, отображающих множества A и B.

– точка становится частью объединения, если она является частью хотя бы одного из множеств A и B (иными словами – точка является невыколотой или внутренней точкой какого-либо интервала хотя бы одного из множеств A и B).

Кратко резюмируя: пересечением числовых множеств A и B служит пересечение всех числовых промежутков множеств A и B, над которыми одновременно присутствует штриховка, и всех отдельных точек, принадлежащих и множеству А, и множеству В. Объединением числовых множеств A и B служит объединение всех числовых промежутков, над которыми присутствует штриховка хотя бы у одного из множеств A или B, а также всех невыколотых отдельных точек.

  1. Вернемся к примеру, определим пересечение заданных множеств. Для этого поочередно проверим множества: (-∞, -3), {-3}, (-3, 7), {7}, (7, +∞). Начнем с множества (-∞, -3), наглядно выделив его на чертеже:

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

Этот промежуток не будет включен в пересечение, потому что не является частью ни множества A, ни множества B (нет штриховки). И так наш чертеж сохраняет свой изначальный вид:

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

Рассмотрим следующее множество {-3}. Число -3 является частью множества B (невыколотой точкой), но не входит в состав множества A, а потому не станет частью искомого пересечения. Соответственно на нижней координатной прямой точку с координатой -3 делаем выколотой:

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

Оцениваем следующее множество (-3, 7).

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

Оно является частью множества B (над интервалом присутствует штриховка), но не входит в множество A (над интервалом штриховка отсутствует): не будет входить в искомое пересечение, а значит на нижней координатной прямой не появляется никаких новых отметок:

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

Следующее множество на проверку – {7}. Оно является составом множества B (точка с координатой 7 является внутренней точкой промежутка [-3, +∞) ), но не является частью множества A (выколотая точка), таким образом, рассматриваемый промежуток не станет частью искомого пересечения.. Отметим точку с координатой 7 как выколотую:

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

И, наконец, проверяем оставшийся промежуток (7, +∞).

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

Промежуток входит в оба множества A и B (над промежутком присутствует штриховка), следовательно, становится частью пересечения. Штрихуем место над рассмотренным промежутком:

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

В конечном счете на нижней координатной прямой образовалось изображение искомого пересечения заданных множеств. Очевидно, что оно является множеством всех действительных чисел больше числа 7, т.е.: А∩В = (7, +∞).

  1. Следующим шагом определим объединение заданных множеств A и B. Последовательно проверим множества (-∞, -3), {-3}, (-3, 7), {7}, (7, +∞), устанавливая факт включения или невключения их в искомое объединение.

Первое множество (-∞, -3) не является частью ни одного из исходных множеств A и B (над промежутками нет штриховок), следовательно, множество (-∞, -3) не войдет в искомое объединение:

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

Множество {-3} входит в множество B, а значит будет входить в искомое объединение множеств A и B:

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

Множество (-3, 7) является составной частью множества B (над интервалом присутствует штриховка) и становится элементом объединения множеств A и B:

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

Множество 7 входит в числовое множество B, поэтому войдет и в искомое объединение:

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

Множество (7, +∞), являясь элементом обоих множеств А и В одновременно, становится еще одной частью искомого объединения:

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

По итоговому изображению объединения исходных множеств А и В получаем: А∩В = [-3, +∞).

Имея некий практический опыт применения правил нахождения пересечений и объединений множеств, описанные проверки легко проводятся устно, что позволяет быстро записывать конечный результат. Продемонстрируем на практическом примере, как выглядит его решение без детальных пояснений.

Пример 3

Исходные данные: множества А =(-∞, -15)∪{-5}∪[0, 7)∪{12} и  В =(-20, -10)∪{-5}∪(2, 3)∪{17}. Необходимо определить пересечение и объединение заданных множеств.

Решение

Отметим заданные числовые множества на координатных прямых, чтобы иметь возможность получить иллюстрацию искомых пересечения и объединения:

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств                           Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

Ответ: А∩В = (-20,-15)∪{-5}∪(2, 3); А∪В = (-∞, -10)∪{-5}∪[0, 7]∪{12, 17}.

Также понятно, что при достаточном понимании процесса указанный алгоритм возможно подвергнуть оптимизации. К примеру, в процессе нахождения пересечения можно не тратить время на проверку всех промежутков и множеств, представляющих собой отдельные числа, ограничившись рассмотрением только тех промежутков и чисел, которые составляют множество А или В. Прочие промежутки в любом случае не войдут в пересечение, т.к. не являются частью исходных множеств. Составим иллюстрацию сказанного на практическом примере.

Пример 4

Исходные данные: множества А = {-2}∪[1, 5] и B = [-4, 3].

Необходимо определить пересечение исходных множеств.

Решение

Геометрически изобразим числовые множества А и В:

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

Граничные точки исходных множеств разобьют числовую прямую на несколько множеств:

(-∞, -4), {-4}, (-4, -2), {-2}, (-2, -1), {1}, (1, 3), {3}, (3, 5), {5}, (5, +∞).

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

Легко заметить, что числовое множество A можно записать, объединив некоторые из перечисленных множеств, а именно: {-2}, (1, 3), {3} и (3, 5). Достаточно будет проверить эти множества на их включенность также в множество В для того, чтобы найти искомое пересечение. Те, что войдут в множество В и станут элементами пересечения. Проведем проверку.

Совершенно понятно, что {-2} является частью множества B , ведь точка с координатой -2 – внутренняя точка отрезка [-4, 3). Интервал (1, 3) и множество {3} также входят в множество В (над интервалом присутствует штриховка, а точка с координатой 3 является для множества В граничной и невыколотой). Множество (3, 5) не будет элементом пересечения, т.к. не входит в множество В (над ним не присутствует штриховка). Отметим все вышесказанное на чертеже:

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

В итоге искомым пересечением двух заданных множеств будет объединение множеств, которое мы запишем так: {-2}∪(1, 3].

Ответ: А∩В = {-2}∪(1, 3].

В заключении статьи обговорим еще, как решить задачу о нахождении пересечения и объединения нескольких множеств (более 2). Сведем ее, как рекомендовалось ранее, к необходимости определения пересечения и объединения первых двух множеств, затем полученного результата с третьим множеством и так далее. А можно использовать описанный выше алгоритм с единственным только отличием, что проверку вхождения промежутков и множеств, представляющих собой отдельные числа, необходимо проводить не по двум, а всем заданным множествам. Рассмотрим на примере.

Пример 5

Исходные данные: множества А = (-∞, 12], В = (-3,25], D = (-∞, 25)ꓴ{40}. Необходимо определить пересечение и объединение заданных множеств.

Решение 

Отображаем заданные числовые множества на координатных прямых и ставим с левой от них стороны фигурную скобку, обозначая пересечение, а также квадратную, обозначая объединение. Ниже отобразим координатные прямые с отмеченными штрихами граничными точками числовых множеств:

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств                             Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

Таким образом, координатная прямая представлена следующими множествами: (-∞, -3), {-3}, (-3, 12), {12}, (12, 25), {25}, (25, 40), {40}, (40, +∞).

Начинаем искать пересечения, поочередно проверяя записанные множества на принадлежность каждому из исходных. Во все три заданных множества входит интервал (-3, 12) и множество {-12}: они и станут элементами искомого пересечения. Таким образом, получим: A∩B∩D = (-3, 12].

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

Объединение заданных множеств составят множества: (-∞, -3) – элемент множества А; {-3} – элемент множества А; (-3, 12) – элемент множества А; {12} – элемент множества А; (12, 25) – элемент множества В; {25} – элемент множества В и {40} – элемент множества D. Таким образом, получим: A∪B∪D = (-∞, 25] ∪ {40}.

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

 Ответ: A∩B∩D = (-3, 12]; A∪B∪D = (-∞, 25] ∪ {40}.

Отметим также, что искомое пересечение числовых множеств часто является пустым множеством. Происходит это в тех случаях, когда в заданные множества не включены элементы, одновременно принадлежащие им всем.

Пример 6

Исходные данные: А = [-7, 7]; В = {-15}∪[-12, 0)∪{5}; D = [-15, -10]∪[10, +∞); Е = (0, 27). Определить пересечение заданных множеств.

Решение

Отобразим исходные множества на координатных прямых и штрихами граничные точки этих множеств на дополнительной прямой.

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

Отмеченные точки разобьют числовую прямую на множества: (-∞, -15), {-15}, (-15, -12), {-12}, (-12, -10), {-10}, (-10, -7), {-7}, (-7, 0), {0}, (0, 5), {5}, (5, 7), {7}, (7, 10), {10}, (10, 27), {27}, (27, +∞).

Ни одно из них не является одновременно элементом всех исходных множеств, следовательно, пересечение заданных множеств есть пустое множество.

Ответ: A∩B∩D∩Е = Ø.

Множества удобно изображать в виде кругов, которые называют кругами Эйлера.

Как определить пересечение и объединение при помощи изображений числовых множеств

На рисунке множество пересечения множеств X и Y закрашено в оранжевый цвет.

Объединение A и B

Объедине́ние мно́жеств (тж. су́мма или соедине́ние) в теории множеств — множество, содержащее в себе все элементы исходных множеств. Объединение двух множеств A и B обычно обозначается AB, но иногда можно встретить запись в виде суммы A+B.

Содержание

  • 1 Определения
    • 1.1 Объединение двух множеств
    • 1.2 Объединение семейства множеств
  • 2 Свойства
  • 3 Примеры
  • 4 Примечания
  • 5 См. также

Определения[править | править код]

Объединение двух множеств[править | править код]

Пусть даны два множества A и B. Тогда их объединением называется множество

{displaystyle Acup B={xmid xin Avee xin B}.}

Объединение семейства множеств[править | править код]

Пусть дано семейство множеств {M_{alpha }}_{alpha in A}. Тогда его объединением называется множество, состоящее из всех элементов всех множеств семейства:

{displaystyle bigcup limits _{alpha in A}M_{alpha }={xmid exists alpha in A,;xin M_{alpha }}.}

Свойства[править | править код]

  • Объединение множеств является бинарной операцией на произвольном булеане 2^{X};
  • Операция объединения множеств коммутативна:
    Acup B=Bcup A;
  • Операция объединения множеств ассоциативна:
    (Acup B)cup C=Acup (Bcup C);
  • Операция объединения множеств дистрибутивна относительно операции пересечения:[1]
    left(bigcap _{k}A_{k}right)cup B=bigcap _{k}left(A_{k}cup Bright)
  • Пустое множество X является нейтральным элементом операции объединения множеств:
    {displaystyle Acup varnothing =A;}
  • Таким образом булеан вместе с операцией объединения множеств является моноидом;
  • Операция объединения множеств идемпотентна:
    Acup A=A.

Примеры[править | править код]

  • Пусть A={1,2,3,4,5},B={3,4,5,6,7,8}. Тогда
Acup B={1,2,3,4,5,6,7,8};
  • {displaystyle bigcup limits _{nin mathbb {Z} }[n,n+1]=mathbb {R} .}

Примечания[править | править код]

  1. В. А. Ильин, В. А. Садовничий, Бл. Х. Сендов. Глава 2. Вещественные числа // Математический анализ / Под ред. А. Н. Тихонова. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Проспект, 2006. — Т. 1. — С. 66. — 672 с. — ISBN 5-482-00445-7.

См. также[править | править код]

  • Дизъюнктное объединение
  • Операции над множествами
Перейти к шаблону «Теория множеств» 

Теория множеств

Обзор
  • Множество

Venn diagram of set intersection

Аксиомы
  • Аксиома присоединения[en]
  • Выбор
    • счётный
    • зависимый
    • глобальный
  • Конструктивность[en]
  • Детерминированность
  • Объёмность
  • Бесконечность
  • Ограничение размера[en]
  • Сопряжение
  • Множество подмножеств
  • Регулярность
  • Объединение
  • Аксиома Мартина
  • Схема аксиом
    • Преобразование
    • Спецификация[en]
Операции
  • Прямое произведение
  • Разность
  • Законы де Моргана
  • Дизъюнктное объединение
  • Тождества[en]
  • Пересечение
  • Множество множеств
  • Симметрическая разность
  • Объединение
  • Концепции
  • Методы
  • Почти[en]
  • Мощность множества
  • Кардинальное число (Большое кардинальное число[en])
  • Класс
  • Конструктивный универсум
  • Континуум-гипотеза
  • Диагональный аргумент
  • Элемент
    • пара
    • Кортеж
  • Семейство
  • Форсирование[en]
  • Биекция
  • Порядковое число
  • Форма записи множества
  • Трансфинитная индукция
  • Диаграмма Венна
Типы множеств
  • Аморфное[en]
  • Счётное
  • Пустое
  • Конечное (Наследственное[en])
  • Фильтр[en]
    • Ультрафильтр[en]
  • Нечёткое
  • Бесконечное (Бесконечное множество Дедекинда[en])
  • Разрешимое
  • Синглетон
  • Подмножество
  • Транзитивное
  • Несчётное
  • Универсальное
Теории
  • Альтернативная[en]
  • Аксиоматическая
  • Наивная
  • Теорема Кантора
  • Теория множеств Цермело[en]
    • Общая теория множеств[en]
  • Principia Mathematica
    • Новые Основы[en]
  • Цермело — Френкеля
    • фон Неймана — Бернайса — Гёделя
      • Морса – Келли[en]
    • Крипке – Платека[en]
    • Тарского – Гротендика[en]
  • Парадоксы
  • Проблемы
  • Парадокс Рассела
  • Проблема Суслина[en]
  • Парадокс Бурали-Форти
Теоретики множеств
  • Абрахам Френкель
  • Бертран Рассел
  • Эрнст Цермело
  • Георг Кантор
  • Джон фон Нейман
  • Курт Гёдель
  • Пауль Бернайс
  • Пол Джозеф Коэн
  • Рихард Дедекинд
  • Туральф Скулем
  • Уиллард Ван Орман Куайн

Решение некоторых математических задач предусматривает операции над множествами такие как пересечение, объединение, разность. Под множеством подразумевают объединение некоторых предметов в одно целое. Для совершения подобных действий требуется знание некоторых правил, которые позволят найти пересечение, объединение и разность множеств. О таких правилах пойдёт речь далее.

Обозначение множеств. Как записать объединение и пересечение множеств

Определения

Объединение множеств – это ряд таких элементов, при которым каждый из них представляет собой элемент одного из первоначальных множеств.

Пересечение множеств — заключает в себе все элементы, общие для первоначальных множеств.

При записи обозначения пересечения множеств и объединения множества чисел, используют специальный порядок символов. Самый лёгкий способ обозначить множество — это применение фигурных скобок, в середине которых элементы записаны через запятую.

А = {7, 3, 15, 31}

С помощью такой записи можно задать множество, если оно включает небольшое конечное число элементов. В связи с этим чаще применяется многофункциональный способ определения множеств – посредством характеристического свойства, которое свойственно всем элементам множества, которым не владеют объекты вне множества.

A = {x | P(x)} или A = {x : P(x)}

P(x) – характеристическое свойство множества A.

В таком виде объединение записывается следующим образом:

AUB={x|xєAvxєB}

Объединение множеств
Объединение множеств

а пересечение множеств записывается как:

AՈB={x|xєAᴧxєB}

Пересечение множеств
Пересечение множеств

Где символы v / , обозначают «или» / «и», символ | обозначает «таких что».

Чтобы обозначить множества, как числовые интервалы, при записи применяют скобки круглой и квадратной формы. К примеру, запись [4,24), выражает цифровой диапазон от 4 до 24, при этом число 4 входит в состав множества, а 24 нет. Числа менее 24 принадлежат этому множеству.

Найти пересечение и объединение множеств. Операции над множествами

Важно

U – обозначает объединение множеств A и B;

Ո – обозначает пересечение множеств A и B.

Чтобы легче запомнить данные знаки пересечения и объединения множеств, можно мысленно представить, что символ объединения U напоминает сосуд с открытым верхом, туда есть возможность что-то положить.

Символ пересечения Ո наоборот, выглядит как перевёрнутая ёмкость, в который невозможно поместить какой-либо предмет. Так же символ обозначающий пересечение Ո можно прочитать как «И».

Тогда выражение AՈB=C, читается так: “Все элементы, входящие в состав множества A и множества B, составляют элементы, которые принадлежат множеству C».

Правила нахождения объединения и пересечения и разности множеств

При формировании объединения числовых множеств, следует последовательно записать полностью части одного множества и их дополнить недостающими элементами из остальных. Операцию объединения в отдельных случаях называют сложением множеств и обозначают знаком «+».

Рассмотрим пример объединения числовых множеств A={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9} и B={2,4,6,8,10}. К имеющимся числовым составляющим множества A 1,2,3,4,5,6,7,8,9 прибавим недостающую часть из множества B 10. Получившееся в результате объединения множество чисел будет выглядеть так {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}. Соответственно запись этого объединения:

AUB={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}

Чтобы составить пересечение числовых множеств, следует последовательно выбирать части одного множества и удостовериться, входят ли они в другие исследуемые множества, входящие в их число и составляют пересечение.

Для того, чтобы найти пересечение этих же множеств, друг за другом, последовательно проанализируем числа множества A на их наличие в множестве чисел B. Начнём проверку с самого первого числа в множестве A это число 0. В множестве B данное число отсутствует и не войдёт в совокупность пересечения. Смотрим далее, число 1 из множества A так же имеется в составе множества B. Затем следует число 2, которое принадлежит множеству B и, следовательно, пересечению. Идущее за ним 3 не принадлежит A и B не входит в перечисление. Число 4 входит в A и B, значит войдёт и в объединение. Далее продолжаем проверять числа по аналогии. Итак, пересечение множеств A={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9} и B={2,4,6,8,10} состоит из чисел 2,4,6,8. При записи выглядит так:

AՈB={2,4,6,8}

Выполнение записи пересечения и объединения нескольких множеств

Если требуется выполнить операции с более чем двумя множествами, например: A, B, C, принцип действия подобный предыдущим примерам. В первую очередь находим пересечения A и B. Только затем пересечение полученного множества с C.

Следовательно, процесс нахождения пересечения более двух множеств осуществляется в несколько этапов.

Например, дано три множества A = {1,2,3,7,9}, B = {1,3,5,7,9} и C = {3,4,5,8,9}. Сначала находим пересечение AՈB = {3,9}, затем сравниваем полученное множество с C, это будут те же 3 и 9. Получаем, что пересечение A, B, C выглядит следующим образом:

AՈBՈC={3,9}

При определении объединений двух и более множеств, к числам первого множества последовательно добавляют отсутствующие элементы из второго, третьего и последующих множеств. К примеру, даны следующее множества A = {1,4}, B = {4,3,} и C = {1,3,6,7}. К числовым элементам 1 и 4 из множества A, прибавляем число 4 из множества B. Теперь, к получившемуся множеству 1,3,4 прибавляем цифры 6 и 7 из множества C. В конечном результате получаем объединение:

AUBUC = {1,3,4,6,7}

Для нахождения пересечения совсем не нужно писать много букв. Когда элементов не много, то множество возможно задать элементарным перечислением. Например, первое множество включает в себя числа 1,3,5, второе состоит из элементов 2,3,5. В данном случае, пересечение будет состоять из элементов 3 и 5. Для записи можно использовать прямое перечисление: {1,3,5} Ո {2,3,5} = {3,5}

Основные свойства объединения и перечисления множеств

  1. Коммутативность или перестановка. Распространяется на все компоненты при любом их количестве.
    • AUB = BUA
    • AՈB = BՈA
  2. Ассоциативность или расстановка скобок. Позволяет опускать скобки и делать решение проще.
    • (AՈB)ՈC = AՈ(BՈC)
    • (AUB)UC = AU(BUC)
  3. Раскрытие скобок или дистрибутивность.
    • (AUB)ՈC=(AՈC)U(BՈC)
    • (AՈB)UC=(AUC)Ո(BUC)

Разностью A и B называется множество, которое включает в себя все элементы, каждое из которых принадлежит множеству A и не принадлежит множеству B. Обозначается AB. Приведём пример, найдём разность множеств A = {1,2,3,4,5} и множества B = {2,4,6,8}. Первый вариант находим разность множества A. Запись будет выглядеть так: AB={1,3,5}, в которую не входят элементы, принадлежащие только B числа 6 и 8. Разность множества B при этом выглядит так: BA={6,8}, сюда соответственно не входят числа, принадлежащие только A.

Для закрепления материала пройденных уроков, рассмотрим ещё несколько примеров. Дана задача: A = {0,5,8,10}, B = {3,6,8,9} и X = {0,1,3} Y = {2,4,6}. Найдите пересечение, объединение для A, B и разность множеств X, Y. Решение:

Сначала найдём объединение исходных множеств A U B = {0,3,5,6,8,9,10}.

Затем пересечение A Ո B = {8}

Разность XY = {0,1,3} YX = {2,4,6}

Для того, чтобы выполнить операции над множествами пересечения, объединения, разность в количестве больше двух, следует рассматривать элементы, входящие в первое их них. Затем определить, относится ли этот элемент к каждому из проверяемых множеств. Если данное обстоятельство не соблюдено, то элемент не относится к пересечению. При проверке, лучше выбирать множество с наименьшим количеством элементов в составе.

Кроме перечисленных действий пересечения и объедения существует дополнение множеств и многие другие операции.

Нет времени решать самому?

Наши эксперты помогут!

Отображение множеств с помощью координатной прямой

Для того, чтобы исследовать и обозначать множества, удобно применять выделение числовых промежутков на координатной прямой. Каждая выбранная точка разделяет находящиеся на ней числа на два открытых луча. Приведём пример, точка с координатами 42,7 сформирует промежутки, которые можно записать как (-∞,42,7) и (42,7, +∞). Наше выражение заключено в круглые скобки, это значит, что сама точка 42,7 ни одному из этих промежутков не принадлежит. Числовая прямая, которая записывается как R = (-∞,+∞), при таком варианте из нашего примера, представляет объединение:

(-∞,42,7) U {42,7} U (42,7+∞).

При добавлении нашей рассматриваемой точки 42,7 к одному из представленных (-∞,42,7) или (42,7, +∞) числовых лучей, в таком случае промежуток перестанет быть открытым. При записи выражения нужно будет использовать квадратные скобки, которые обозначают, что точка входит в промежуток. Запись будет выглядеть так: (-∞,42,7] и [42,7+∞). Тем самым множество действительных чисел на координатной прямой будет выглядеть так:

(-∞,42,7] U (42,7+∞) или (-∞,42,7) U [42,7+∞).

На числовой прямой можно выполнять большое количество действий. Такую прямую можно разделить на отрезки не точкой, как в предыдущем примере, а лучом или отрезком. Все выявленные закономерности так же будут соблюдены. Кроме того, они выполняются при разделении самих числовых промежутков. Рассмотрим пример, точка с координатой 18 на промежутке (8,34] разделит его на следующие промежутки (8,18) U {18} U (18,34]. Дополнив точкой, один из промежутков, получатся следующее записи: (8,18] U (18,34], (8,18) U [18,34]. Примем за разделяющую точку цифру 34, которая включается в состав рассматриваемого промежутка и ограничивает его справа. В результате получим объединение множеств {34} и интервала (8,34) либо (8,34] = (8,34) U {34}

Аналогичные закономерности объективны и в ситуации, когда координатная прямая разделяется на промежутки несколькими точками. К примеру, точки -5, 0 и 6 разделят её на промежутки (-∞,-5), (-5,0), (0,6), (6,+∞), при этом множество действительных чисел (-∞,-5) U {-5} U (-5,0) U {0} U (0,6) U {6} U (6,+∞).

Благодаря координатной прямой достаточно просто и легко рассматривать пересечения и объединения множеств. Они указываются друг под другом на координатных прямых с идентичными направлениями отсчёта и точками. При записи отображения множеств координатные прямые обозначают слева квадратной скобкой, фигурные скобки используются, чтобы показать пересечение.

С помощью дополнительной координатной прямой, которую располагают ниже исходной, показываются искомые пересечения или объединение. На ней поперечными чертами отмечают граничные точки первичных множеств, а после выяснения характера точек, их заменяют полями или сплошными. На рисунке вхождение промежутка в объединение показывается штриховкой, отсутствие вхождения – полой точкой, а вхождение – сплошной.

Графически пересечение A и B показывается промежутками, над которыми имеется штриховка, дополненная отдельными точками, которые принадлежат обоим множествам. На рисунке объединение проявляется там, где показана штриховка хотя бы у одного из множеств и сплошные точки.

В приведённых примерах объединения и пересечения множеств указаны только целые числа. Отрезкам на координатной прямой так же принадлежат и другие числа, которые целыми не являются, такие как десятичные дроби. При определении пересечения и определения множеств, класс чисел намного шире, чем представлен в упражнениях, они находятся между целыми числами и количество их очень велико, перечислять которые не представляется возможным.

Лекция 4.  Объединение
множеств. Свойства объединения множеств.        

Определение. Объединением множеств
А и В называется множество, содержащее все элементы, которые принадлежат
множеству А или множеству В.

https://refdb.ru/images/1189/2377715/m68255890.jpg

Объединение множеств А и В обозначают А
В. Таким образом, по определению,    А

В = { х х 
А
или х
В}.

Например, если А = { a , c , k , m
, n 
} и       В  
=   { a , b , c , d , e }, 

  то  А
В   =   { a , c , k , m , n , b , d , e }.

Если изобразить А и В при помощи кругов
Эйлера-Венна, то объединением данных множеств является заштрихованная область
          (рис. 4).

Для объединения множеств выполняются
следующие свойства.

1)    Переместительное или
коммутативное свойство: А
В = В
А.

2)    Сочетательное или
ассоциативное свойство:(А
В)
С = А
С).

3)    А
= А (пустое множество является нейтральным элементом).

4)    А
U = U (универсальное множество является поглощающим  элементом).

5)   Если В А,
то А
В = В

Операции объединения и пересечения
множеств связаны законами дистрибутивности или иначе распределительными
свойствами:

В) ∩С
= (А∩С)
(В∩С)  и  (А∩В) С =
С) ∩(В С).

П р и м е р  1. Пусть А – множество
различных букв в слове «математика», а В – множество различных букв в слове
«стереометрия». Найти пересечение и объединение множеств А и В.

        Р е
ш е н и е.  Запишем множества А и В, перечислив их элементы: А = { м,
а, т, е, и, к 
}, В = { с, т, е, р, о, м, и, я }.
Буквы м, т, е, и принадлежат и множеству А, и множеству В,
поэтому они войдут в пересечение этих множеств: А∩В = { м, т, е,
и 
}. В объединение этих множеств войдут все элементы множества А и
несовпадающие с ними элементы из множества В: А

В = { м, а, т, е, и, к, с, р, о, я }.

П р и м е р  2 В
классе английский язык изучают 25 человек, а немецкий – 27 человек, причем 18
человек изучают одновременно английский и немецкий языки. Сколько всего человек
в классе изучают эти иностранные языки? Сколько человек изучают только
английский язык? Только немецкий язык?

https://refdb.ru/images/1189/2377715/221bea5b.jpg

     
    Р е ш е н и е.  Через А обозначим множество школьников,
изучающих английский язык, через В – множество
школьников,         изучающих немецкий
язык. Изобразим эту ситуацию с помощью диаграммы. Два языка изучают 18
школьников, поставим это число в пересечение множеств А и В. Английский язык
изучают 25 человек, но среди них 18 человек изучают и немецкий язык, значит,
только английский язык изучают 7 человек, укажем это число на диаграмме.
Рассуждая аналогично, получим, что только немецкий язык изучают 27 – 18 = 9
человек. Поместим и это число на диаграмму.  Теперь известно количество
элементов в каждой части множеств, изображенных на диаграмме. Чтобы 
ответить  на главный вопрос задачи, нужно сложить все числа: 7 + 18 + 9 =
34. Ответ: 34 человека в классе изучают иностранные языки.

Задания для самостоятельной работы по теме:

1.Найдите объединение множеств А и В, если:

а) А = {26,39,5,58,17,81},
В = {17, 26, 58}.

б) А = {26,39,5,58,
17,81}, В = {17, 26, 58, 5, 39, 81}.

2. Из каких элементов
состоит объединение множества букв в слове «математика» и множества букв в
слове «геометрия»?

3. М – множество
однозначных чисел, Р – множество нечетных натуральных чисел. Из каких
чисел состоит объединение данных множеств? Содержатся ли в нем числа -7 и 9?

4. Используя
координатную прямую, найдите объединение множеств решений неравенств, в которых
х – действительное число:

а) х > -2 и х > 0; в) х > 5 и х
< -7,5;

б) х > -3,7 и х < 4;
г) -2 < х < 4 и х > -1;

д) -7<х<5 и -6<х<2.

Порой обучение продвигается с трудом. Сложная теория, непонятные задания… Хочется бросить. Не сдавайтесь, все сложности можно преодолеть. Рассказываем, как

Не понятна формулировка, нашли опечатку?

Выделите текст, нажмите ctrl + enter и опишите проблему, затем отправьте нам. В течение нескольких дней мы улучшим формулировку или исправим опечатку

Что-то не получается в уроке?

Загляните в раздел «Обсуждение»:

  1. Изучите вопросы, которые задавали по уроку другие студенты — возможно, ответ на ваш уже есть
  2. Если вопросы остались, задайте свой. Расскажите, что непонятно или сложно, дайте ссылку на ваше решение. Обратите внимание — команда поддержки не отвечает на вопросы по коду, но поможет разобраться с заданием или выводом тестов
  3. Мы отвечаем на сообщения в течение 2-3 дней. К «Обсуждениям» могут подключаться и другие студенты. Возможно, получится решить вопрос быстрее!

Подробнее о том, как задавать вопросы по уроку

Добавить комментарий