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集合代数 ​

集合的基本概念 ​

集合的定义 ​

由一些个体构成的整体称为集合。称为集合的个体为元素。

集合的表示 ​

  • 枚举法:列举出集合中的所有元素。

  • 谓词表示法:通过谓词概括集合中的元素。 例如:

  • 枚举法:自然数集合:N={1,2,3,⋯}

  • 谓词表示法:偶数集合:A={x|x=2k,k∈N}

  • 集合的树形结构表示:

          A
         /|\
        / | \
       /  |  \
      /   |   \
     /    |    \
  {a, b}{{b}}   d
   /  \   |
  a    b {b}
          |
          b

集合的元素具有的性质 ​

  • 无序性:集合中的元素之间没有先后次序之分。
  • 相异性:集合中的元素各不相同。
  • 确定性:一个元素要么属于一个集合,要么不属于一个集合。
  • 任意性:集合中的元素可以是任意的,也可以是集合。

元素和集合的关系 ​

∈:元素属于集合。 ∉:元素不属于集合。

集合与集合的关系 ​

A⊆B⇔∀x(x∈A⇒x∈B)A=B⇔A⊆B∧B⊆AA⫋B⇔A⊆B∧A≠BA⊈B⇔∃x(x∈A∧x∉B)

空集 ​

不包含任何元素的集合称为空集,记作 ∅ 空集是任何集合的子集,即 ∅⊆A 空集是唯一的。

全集 ​

包含一切可能元素的集合称为全集,记作 E。

全集具有相对性,与讨论的问题有关,不存在绝对的全集。

幂集 ​

P(A)={x | x⊆A}

例如:A={a,b},则 P(A)={∅,{a},{b},{a,b}}

集合的运算 ​

并A∪B={x | x∈A∨x∈B}交A∩B={x | x∈A∧x∈B}相对补 / 差A−B={x | x∈A∧x∉B}绝对补A―= A=E−A对称差A⊕B=(A−B)∪(B−A)广义并⋃i=1nAi={x | ∃z(z∈A∧x∈z)}广义交⋂i=1nAi={x | ∀z(z∈A→x∈z)}
  1. ⋃∅=∅,⋂∅ 无意义
  2. 广义运算减少集合的层次(括弧减少一层)
  3. 广义运算的计算:一般情况下可以转变成初级运算

运算顺序 ​

一类运算:广义并,广义交,幂集,绝对补,运算由右向左进行 二类运算:初级运算 ∪,∩,−,⊕,运算由左向右进行 混合运算:一类运算优先于二类运算

有穷集合的计数 ​

  1. 文氏图法
  2. 包含排斥原理(容斥原理)
|A1―∩A2―∩⋯∩An―|=|E|−∑i=1n|Ai|+∑1≤i<j≤n|Ai∩Aj|−⋯+(−1)n|A1∩A2∩⋯∩An|

推论:n 个集合的并的元素个数

|A1∪A2∪⋯∪An|=∑i=1n|Ai|−∑1≤i<j≤n|Ai∩Aj|+⋯+(−1)n−1|A1∩A2∩⋯∩An||A1∪A2∪⋯∪An|=|E|−|A1―∩A2―∩⋯∩An―|

集合恒等式 ​

只涉及一个运算符的恒等式 ​

运算律∪∩⊕
交换律A∪B=B∪AA∩B=B∩AA⊕B=B⊕A
结合律(A∪B)∪C=A∪(B∪C)(A∩B)∩C=A∩(B∩C)(A⊕B)⊕C=A⊕(B⊕C)
幂等律A∪A=AA∩A=AA⊕A=∅

涉及两个不同运算符的恒等式 ​

运算律∪ 与 ∩∩ 与 ⊕
分配律A∪(B∩C)=(A∪B)∩(A∪C)A∩(B⊕C)=(A∩B)⊕(A∩C)
吸收律A∪(A∩B)=A
A∩(A∪B)=A

涉及补运算的恒等式 ​

运算律−∼
DM律A−(B∪C)=(A−B)∩(A−C)
A−(B∩C)=(A−B)∪(A−C)
A∪B―=A―∩B―
A∩B―=A―∪B―
∼(B∪C)=∼B∩∼C
∼(B∩C)=∼B∪∼C
双重否定律A――=A, ∼∼A=A

涉及空集和全集的恒等式 ​

∅E
补元律A∩∼A=∅A∪∼A=E
零律A∩∅=∅A∪E=E
同一律A∪∅=AA∩E=A
否定律∼∅=E∼E=∅

集合等式的证明 ​

命题演算法 ​

例3 证明 A∪(A∩B)=A (吸收律)

证:任取 xx∈A∪(A∩B)⇔x∈A∨x∈A∩B⇔x∈A∨(x∈A∧x∈B)⇔(x∈A∧x∈E)∨(x∈A∧x∈B)⇔x∈A∧(x∈E∨x∈B)⇔x∈A因此得 A∪(A∩B)=A.

等式置换法 ​

直接运用集合恒等式演算。

离散数学复习笔记