离散数学集合 PPT

提醒:一个集合也可以是别的集合的元素，如： {a， b， {a，b}}
{a，b， φ，{{a，b}}}
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集合与集合之间的关系
设A，B是两个集合 1）若对于A中的每个元素x，都有x属于B， 则称A包含在B中，记为:A B。同时称A是B的 子集。 2）若A中的每个元素都属于B，且B中的每个元 素都属于A，则称A等于B，记为A=B。
定理3 设A，B为两个集合，则下面三式等价。 1）A B 2）A∪B = B 3) A∩B=A
图形表示：
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集合上的补运算(一元运算）
设U是全 集，A是U的子集。 ~A={ x xU ∧ xA }=U-A
称~A 是A关于U的补集，称 ~ 为补运算。 例2 设U={a，b，c，d，e}， A={c，d}，则
定理2 设A，B是两个集合。那么， A=B当且仅当 2A = 2B。
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有限集的计数原理
设A和B都是有限集合，则以下公式成立: | A∪B |= | A |+ |B |- | A B | | A B |<=min(| A |， | B |) | AB |= | A |+ |B |- 2| A B | | A -B |>= | A |- | B | | A1∪A2 ∪A3 |= | A 1|+ | A2 |+ | A3 |-
第二章
集 合（set)
集合的概念在现代数学中是一个非常重要的概念。 本节主要介绍集合及其表示、集合的运算，序偶， 集合的笛卡尔乘积。
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个体和集合之间的关系
集合不能精确定义，只能直观描述： 一个集合就是若干事物的全体。 组成集合的每个事物叫做这个集合的元素。 小写拉丁字母表示个体：a、b、c、d… 大写拉丁字母表示集合：A、B、C、D…
称<x，y>为由x，y组成的二元序偶，简称有序偶或序偶。 提醒：此种定义显然体现了二元元素的有序性。但有序
偶的定义不只一种，还有别的定义方法，只要能体现 有序性就可以了
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定理1 <x，y>= <u，v>当且仅当 x=u且y=v （根据序偶的定义即可得出。）
定义2 设n是正整数，x1，x2，…，xn是任意的元素。 若n=1，则令 <x1>=x1 若n=2，则令 <x1,x2>={{x1},{x1，x2}} 若n>2，则令 <x1,x2,…，xn>=<<x1,x2,…,xn-1>,xn>
(B∪C) 6）A∩(B ∪C) = (A∩B) ∪(A∩C)
A∪(B ∩C) = (A∪B) ∩(A∪C)
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定理2 设A，B，C为三个集合，则 1）A A∪B， A∩B A； 2）若 A C 且 B C，则 A∪B C； 3）若 C A 且 C B，则 C A∩B 。 4) A-B A 5) A- =A 6) A∩(B-C)= (A∩B)-( A∩C) ；
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集合的环和（对称差）运算
定义： 设A，B是两个集合， AB = (A-B) ∪ (B-A) = { x︱(xA∧xB) ∨ (xB∧xA) }
称 AB 为A和B的环和，称 为集合环和运算。 由环和运算和并、差运算的定义知
AB=(A∪B)–(AB)
例：设A={a，b，c，d，e}，B={a，b，c，f，g}，则
例2 求出下列集合的全部子集：
（a) {，{}}
(b) {{a，b}，{a，a，b}，{b，a，b}}
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集合上的运算
定义2 设A，B是两个集合 1）A∩B = { x︱xA∧xB }，称A∩B为A与B 的交集，称∩为集合交运算。 2）A∪B = { x︱xA∨xB }，称A∪B为A与B 的并集，称∪为集合并运算。 3) A–B= { x︱xA ∧ x B }， 称A–B为A 与B的差集
幂集有多少个元素？不用组合的方法，能否得出你 的结论？ 3 何谓集类，及集类的广义交和广义并？这里介绍 的集合与你以前接触过的集合概念有何不同？掌握 计数原理(即有限集的计数问题) 4 何谓笛卡尔乘积集合，对于二维笛卡尔积集合而 言，其中的元素是什么形式？元素个数与什么有关？
| A1 A2 |- | A2 A3 |- | A1 A3 |+ | A1 A2 A3 |
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有限集计数原理
P68
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集合的广义并和广义交
定义6：如果集合C中的成员本身又都是集合，则集合C称 为集类(或称为搜集)。
设C={A1，A2，A3，…An} (1) C的成员的并，记为：∪C，称为C的广义并 ∪C=A1∪A2∪…∪An
2
个体与集合之间的关系：属于关系。
对于某个个体 a 和某个集合 A 而言，a 只有两种可能 1）a属于A，记为 aA，同时称 a 是 A 中的元素。 2）a 不属于 A，记为 aA ，称 a 不是 A 中的元素。
个体a属于A或者a不属于A，二者居其一且只居其一。
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集合的表示法
(1)文字表示法
用文字表示集合的元素，两端加上花括号。 {在座的同学} {高等数学中的积分公式}
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幂集
定义：设A是集合，A的所有子集组成的集合称为A的幂集， 记为 ：2A或p(A)。 2A ={ x x A }
例1：如果A={a，b}，则2A={，{a}，{b}，{a，b}}
例2：设A={，{}}，则2A={，{ }，{{ }}， { ，{ }}}
定理1 设集合A是有限集合， A = n，则 2A = 2 A
定义4 设A，B是两个非空集合 A×B={<a，b>｜aA ∧ bB}
(即所有第一元素在A中，第二元素在B中的序偶的集合) 称A×B是A与B的叉积（笛卡儿积）集合。
记:A×A=A2
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（1）在A×B中，A称为前集，B称为后集。前集与后 集可以相同，也可以不同。若前集与后集相同，则记 为A×A=A2 。
~A= 定理4 设U是全 集，A，B是U的子集。则
1 ~ (~ A)=A； 2）若A B，则~ B ~ A； 3）若A = B，则~ A= ~ B ； 4） ~ U= ， ~ =U。 5) A ∪ ~A =U， A ∩ ~A =
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定理5 设A，B为两个集合，则 1） ~( A∪B) = ~ A∩ ~ B 2） ~( A∩B) = ~ A∪ ~ B
(A=B 当且仅当AB 且 BA） 3)集合的包含关系具有传递性:即
若A B且B C，则A C
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大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
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子集的两种特殊情况（平凡子集）： 1）空集是任一集合的子集。 2）任何集合都是它自己的子集。
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例1：确定下列各命题的真假：
(a) (b) (c) {} (d) {} (e) {a，b} {a，b，c，{a，b，c}} (f) {a，b} {a，b，c，{a，b，c}} (g) {a，b} {a，b，c，{a，b}} (h) {a，b} {a，b，c，{a，b}}
（2）规定A×Φ=Φ=Φ×B。若偶对的第一分量或第 二分量不存在就没有偶对存在，故规定它们的叉积集 合为空集。
（3）由于偶对中的元素是有序的，因此一般地说 A×B≠B×A。(除非A=B，或者A、B中至少有一个为空 集)
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例1 A={a，b，c}， B={0，1} A×B={<a，0>，<a，1>，<b，0>，<b，
我们称<x1，x2，…，xn>为由x1，x2，…，xn 组成 的n元序偶，并称每个xi为它的第i个分量。
（这样就定义了n元序偶）
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定义3 设n是正整数，A1，A2，…，An为n个任意集合。 A1×A2×…×An={<x1，x2，…，xn>若1≤i≤n，则xi∈Ai}
称A1×A2×…×An为A1，A2，…，An的n维笛卡尔乘积。
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数学归纳法
第二数学归纳法原理
n[ k[k<n → P(k)] → P(n)]
∴ xP(x)
证明过程: (1)首先证明P(0)为真。 (2)证明:对任意n>0，如果P(k)对一切k<n 成立，
那么P(n)成立。
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集合的笛卡尔乘积
由任意两个元素x和y组成的集合{x，y}为偶集。因为{x， y}={y，x}，所以这种偶集只能叫无序偶集， 简称无序偶。
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例1 如果论域是整数集I，那么能被3整除的正整数集合S 用归纳法可定义如下：
（1）（基础）3S， （2）（归纳）如果xS和yS，则x+yS
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集合的特殊情况
1、不含任何元素的集合称为空集，记为φ 2、含讨论问题所需全部元素的集合称为全集，记为∪ 3、 称含有有限个元素的集合为有限集合 4、 含有无限个元素的的集合称为无限集合或无限集 5、 集合A中元素的个数（或基数或集合的势）记为:|A|
例 1 设 A={1，2，3，4，5}，B={2，5，7}，则 A ∪ B={1，2，3，4，5，7} A ∩ B={2，5} A–B={1，3，4}
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定理1 设U是全集，A，B，C是U的三个子集 1）A∩A=A， A∪A=A 2）A∩U=A， A∪U=U 3）A∩ = ， A∪ =A 4）A∩B= B∩A， A∪B= B∪A 5）(A∩B) ∩C = A∩ (B∩C)， (A∪B) ∪C = A∪
（2）C的成员的交，记为：∩C，称为C的广义交 ∩C=A1∩A2∩…∩An
例：设A={{1，2，4}，{3，4，5}，{4，6}}
则A广义交：∩A={1，2，4}∩{3，4，5}∩{4，6}=Φ
A的广义并：∪A={1，2，4}∪{3，4，5}∪{4，6}
={1，2，3，4，5，6}
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数学归纳法
对于以自然数为论域的 x P(x)形式的归纳证明过程 如下:
用归纳法定义一个非空集合A时，包括以下三步： 1)基本项（保证A不空)
已知某些元素属于A 2)归纳项（生成规则）
给出一组规则，从A中的元素出发，依据这些规则所获得的 元素，仍然都是A中的元素。（这是构造A的关键步骤） 3）极小化（通常省略） 如果集合S也满足（1）和（2），且SA，则S=A。这一 点保证集合A的唯一性。
(A×C)∪(A×D)∪(B×C)∪(B×D)
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本章主要掌握集合的谓词表示法，和集合的 基本运算，以及序偶的概念，集合的笛卡尔 集，及相关定理。定理的证明相对简单，所 以证明略。
对于数学归纳法，由于中学就已学过，所以 这里就省略。
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思考题：
1 AB与AB能同时成立吗？ 2 何为一个集合的幂集，含有n个元素的集合，其
(2) 元素列举法 将集合中的元素逐一列出，两端加上花括号。 { 1，2，3，4，5}， { 风，马，牛 } { 2，4，6，8，10，… }
4
(3)谓词表示法
{x︱p(x)} p表示x所满足的性质
例如： {x︱x2=1}={1，-1} {y︱y是开区间(a，b)上的连续函数 }
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（4）归纳定义法
定理3 设A，B，C，D是四个非空集合，那么A×B=C×D 当且仅当A=C且B=D 。
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定理4 设A，B，C是三个集合，则 1）A×(B∪C)=(A×B)∪(A×C) 2）A×(B∩C)=(A×B)∩(A×C) 3）(A∪B)×C=(A×C)∪(B×C) 4）(A∩B)×C=(A×C)∩(B×C) 5）(A∪B)×(C∪D)=
1>，<c，0>，<c，1>} B×A={<0，a>，<0，b>，<0，c>，<1，
a>，<1，b>，<1，c>} A2={<a，a>，<a，b>，<a，c>，<b，
a>，<b，b>，<b，c>，<c，a>，<c，b>，<c， c>}
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定理2：设A，B是两集合，则 AB=A*B (即AB中元素的个数等于A中元素个数乘以B中元素个 数)。
第一数学归纳法 (1)（基础）先证明P(0)是真。 (2)（归纳) 再证明 n( P(n) → P(n+1))是真
即先假设“P(n) 对任意取定的自然数n是真，再由此推 出P(n+1)也真，一旦证明了P(n) → P(n+1)对任 意n是真，则用全称推广规则得 n( P(n) → P(n+1))
再根据数学归纳法第一原理得出 x P(x)。
有序偶:它不仅与含有的元素x，y有关，还与x，y出现的次序有关。
这样的偶集称为有序偶，并记为：<x,y>
例如，用<x，y>表示平面直角坐标系下的横坐标为x且纵 坐标为y的点时，则<x，y>和<y，x>在xy时就代表不 同的点，因而就不相同。
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用集合定义有序偶
定义1 有序偶的集合定义：若x，y为任意两个元素， 令 <x，y>={{x}，{x，y}}