1.集合论

1.集合

集合的运算

  1. 并集
    A∪B={x∣x∈A 或 x∈B}A \cup B=\{x \mid x \in A \text{ 或 } x \in B\}

  2. 交集
    A∩B={x∣x∈A 且 x∈B}A \cap B=\{x \mid x \in A \text{ 且 } x \in B\}

  3. 差集
    A−B={x∣x∈A 且 x∉B}A-B=\{x \mid x \in A \text{ 且 } x \notin B\}

  4. 补集
    A‾=U−A={x∣x∈U 且 x∉A}\overline{A}=U-A=\{x \mid x \in U \text{ 且 } x \notin A\}

  5. 对称差集
    A⊕B={x∣(x∈A 且 x∉B) 或 (x∈B 且 x∉A)}A \oplus B=\{x \mid (x \in A \text{ 且 } x \notin B) \text{ 或 } (x \in B \text{ 且 } x \notin A)\}

图示:并集、交集、差集、补集、对称差集(维恩图)

推广(多个集合运算)

  1. ⋃i=1nAi=A1∪A2∪A3∪⋯∪An={x∣(x∈A1) 或 (x∈A2) 或… 或(x∈An)}\bigcup_{i=1}^{n} A_i = A_1 \cup A_2 \cup A_3 \cup \cdots \cup A_n = \{x \mid (x\in A_1) \text{ 或 } (x\in A_2) \text{ 或… 或}(x\in A_n)\}

  2. ⋂i=1nAi=A1∩A2∩A3∩⋯∩An={x∣(x∈A1) 且 (x∈A2) 且… 且(x∈An)}\bigcap_{i=1}^{n} A_i = A_1 \cap A_2 \cap A_3 \cap \cdots \cap A_n = \{x \mid (x\in A_1) \text{ 且 } (x\in A_2) \text{ 且… 且}(x\in A_n)\}

当 n 无限增大时:

  1. ⋃i=1∞Ai=⋃i∈Z+Ai=A1∪A2∪A3∪⋯\bigcup_{i=1}^{\infty} A_{i}=\bigcup_{i \in Z^{+}} A_{i}=A_{1} \cup A_{2} \cup A_{3} \cup \cdots

  2. ⋂i=1∞Ai=⋂i∈Z+Ai=A1∩A2∩A3∩⋯\bigcap_{i=1}^{\infty} A_{i}=\bigcap_{i \in Z^{+}} A_{i}=A_{1} \cap A_{2} \cap A_{3} \cap \cdots

定理(集合恒等式)

  1. 幂等律
    A∪A=AA \cup A=A
    A∩A=AA \cap A=A

  2. 交换律
    A∪B=B∪AA \cup B=B \cup A
    A∩B=B∩AA \cap B=B \cap A

  3. 结合律
    A∪(B∪C)=(A∪B)∪CA\cup (B\cup C)=(A\cup B)\cup C
    A∩(B∩C)=(A∩B)∩CA\cap (B\cap C)=(A\cap B) \cap C

  4. 恒等律
    A∪∅=AA \cup \emptyset=A
    A∩U=AA \cap U=A

  5. 零律
    A∪U=UA \cup U=U
    A∩∅=∅A \cap \emptyset=\emptyset

  6. 分配律
    A∩(B∪C)=(A∩B)∪(A∩C)A\cap (B\cup C)=(A\cap B)\cup (A\cap C)
    A∪(B∩C)=(A∪B)∩(A∪C)A \cup(B \cap C)=(A \cup B) \cap(A \cup C)

  7. 吸收律
    A∩(A∪B)=AA \cap(A \cup B)=A
    A∪(A∩B)=AA \cup(A \cap B)=A

  8. 否定律
    A‾‾=A\overline{\overline{A}}=A

  9. DeMorgan律
    A∪B‾=A‾∩B‾\overline{A \cup B}=\overline{A} \cap \overline{B}
    A∩B‾=A‾∪B‾\overline{A \cap B}=\overline{A} \cup \overline{B}

  10. 矛盾律
    A∩A‾=∅A \cap \overline{A}=\emptyset

  11. 排中律
    A∪A‾=UA \cup \overline{A}=U


2.集合的应用

集合的基本概念

  1. 把一些事物汇集到一起组成一个整体就称作集合,这些事物就是这个集合的元素或成员。元素和集合之间的关系是隶属关系,即属于或不属于,属于记作∈\in,不属于记作∉\notin。

    例:a∈{a,{b,c}}, d∉{a,{b,c}}a \in\{a,\{b, c\} \},\ d \notin \{ a,\{ b, c\} \}

  2. 设A,BA,B为集合,如果BB中的每个元素都是AA中的元素,则称BB是AA的子集,记作 B⊆AB \subseteq A。 如果BB不被AA包含,记作 B⊈AB \nsubseteq A。

  3. 设A,BA,B为集合,如果 A⊆BA \subseteq B 且 B⊆AB \subseteq A,则称AA与BB相等,记作 A=BA=B。

  4. 设A,BA,B为集合,如果 B⊆AB \subseteq A 且 B≠AB \neq A,则称BB是AA的真子集,记作 B⊂AB \subset A。

  5. 不含任何元素的集合称作空集,记作∅\emptyset,空集是一切集合的子集。

  6. 含有nn个元素的集合简称为n\boldsymbol{n}元集,它的含有 m(m≤n)m(m \le n) 个元素的子集称作它的mm元子集。

    例:A={1,2,3}A=\{1,2,3\},将AA的子集分类

    • 0元子集: ∅\emptyset
    • 1元子集: {1},{2},{3}\{1\}, \{2\}, \{3\}
    • 2元子集: {1,2},{1,3},{2,3}\{1,2\}, \{1,3\}, \{2,3\}
    • 3元子集: {1,2,3}\{1,2,3\}
  7. 设AA为集合,把AA的全体子集构成的集合称作AA的幂集,记作 P(A)P(A)。

    例:A={1,2,3}A=\{1,2,3\}

    P(A)={∅,{1},{2},{3},{1,2},{1,3},{2,3},{1,2,3}}P(A)=\big \{ \emptyset ,\{ 1\} ,\{ 2\} ,\{ 3\} ,\{ 1, 2\} ,\{ 1, 3\} ,\{ 2, 3\} ,\{ 1, 2, 3\} \big \}

  8. 若AA是nn元集,则 P(A)P(A) 有2n\boldsymbol{2^n}个元素。

  9. 在一个具体问题中,如果所涉及的集合都是某个集合的子集,则称这个集合为全集,记作EE。

集合的运算

  1. 并运算:
    A∪B={x∣x∈A∨x∈B}A \cup B=\{x \mid x \in A \vee x \in B\}

  2. 交运算:
    A∩B={x∣x∈A∧x∈B}A \cap B=\{x \mid x \in A \land x \in B\}

  3. 差运算:
    A−B={x∣x∈A∧x∉B}A-B=\{x \mid x \in A \land x \notin B\}

  4. 对称差:
    A⊕B=(A−B)∪(B−A)=(A∪B)−(A∩B)A \oplus B= (A-B) \cup(B-A) = (A\cup B) -(A\cap B)

  5. AA 的绝对补集:
    ∼A=E−A={x∣x∈E∧x∉A}\sim A=E-A=\{x \mid x \in E \land x \notin A\}

集合恒等式

  • 幂等律
    A∪A=AA \cup A=A
    A∩A=AA \cap A=A

  • 结合律
    (A∪B)∪C=A∪(B∪C)(A \cup B) \cup C=A \cup(B \cup C)
    (A∩B)∩C=A∩(B∩C)(A \cap B) \cap C=A \cap(B \cap C)

  • 交换律
    A∪B=B∪AA \cup B=B \cup A
    A∩B=B∩AA \cap B=B \cap A

  • 分配律
    A∪(B∩C)=(A∪B)∩(A∪C)A\cup (B\cap C)=(A\cup B)\cap (A\cup C)
    A∩(B∪C)=(A∩B)∪(A∩C)A\cap (B\cup C)=(A\cap B)\cup (A\cap C)

  • 同一律
    A∪∅=AA \cup \emptyset=A
    A∩E=AA \cap E=A

  • 零律
    A∪E=EA \cup E=E
    A∩∅=∅A \cap \emptyset=\emptyset

  • 排中律
    A∪∼A=EA \cup \sim A=E

  • 矛盾律
    A∩∼A=∅A \cap \sim A=\emptyset

  • 吸收律
    A∪(A∩B)=AA \cup(A \cap B)=A
    A∩(A∪B)=AA \cap(A \cup B)=A

  • 德摩根律
    A−(B∪C)=(A−B)∩(A−C)A-(B\cup C)=(A-B)\cap (A-C)
    A−(B∩C)=(A−B)∪(A−C)A-(B\cap C)=(A-B)\cup (A-C)
    ∼(B∪C)=∼B∩∼C\sim (B\cup C)=\sim B\cap \sim C
    ∼(B∩C)=∼B∪∼C\sim (B\cap C)=\sim B\cup \sim C
    ∼∅=E\sim \emptyset=E

  • 其他公式
    A−B=A∩∼BA-B=A\cap\sim B
    A∪B=B⇔A⊆B⇔A∩B=A⇔A−B=∅A\cup B=B\Leftrightarrow A\subseteq B\Leftrightarrow A\cap B=A\Leftrightarrow A-B=\emptyset
    A⊕B=B⊕AA \oplus B=B \oplus A
    (A⊕B)⊕C=A⊕(B⊕C)(A \oplus B) \oplus C=A \oplus(B \oplus C)
    A⊕∅=AA \oplus \emptyset=A
    A⊕A=∅A \oplus A=\emptyset
    A⊕B=A⊕C⇒B=CA \oplus B=A \oplus C \Rightarrow B=C
    A⊕∼A=EA \oplus \sim A=E

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