离散数学集合的基本概念和运算.ppt

1 集合论 2 集合论部分 第3章集合的基本概念和运算第4章二元关系和函数 3 第3章集合的基本概念和运算 3 1集合的基本概念3 2集合的基本运算3 3集合中元素的计数 4 3 1集合的基本概念 集合的定义与表示集合与元素集合之间的关系空集全集幂集 5 集合定义与表示 集合没有精确的数学定义理解 一些离散个体组成的全体组成集合的个体称为它的元素或成员集合的表示列元素法A a b c d 谓词表示法B x P x B由使得P x 为真的x构成常用数集N Z Q R C分别表示自然数 整数 有理数 实数和复数集合 注意0是自然数 6 集合与元素 元素与集合的关系 隶属关系属于 不属于 实例A x x R x2 1 0 A 1 1 1 A 2 A注意 对于任何集合A和元素x 可以是集合 x A和x A两者成立其一 且仅成立其一 7 隶属关系的层次结构 例3 1A a b c d d b c Ab A d A d Ad A 8 集合之间的关系 包含 子集 A B x x A x B 不包含A B x x A x B 相等A B A B B A不相等A B真包含A B A B A B不真包含A B思考 和 的定义注意 和 是不同层次的问题 9 空集与全集 空集 不含任何元素的集合实例 x x2 1 0 x R 就是空集定理空集是任何集合的子集 A x x x A T推论空集是惟一的 证假设存在 1和 2 则 1 2且 1 2 因此 1 2全集E相对性在给定问题中 全集包含任何集合 即 A A E 10 幂集 定义P A x x A 实例P P P 1 2 3 1 2 3 1 2 3 计数如果 A n 则 P A 2n 11 3 2集合的基本运算 集合基本运算的定义 文氏图 JohnVenn 例题集合运算的算律集合包含或恒等式的证明 12 集合基本运算的定义 并A B x x A x B 交A B x x A x B 相对补A B x x A x B 对称差A B A B B A A B A B 绝对补 A E A 13 文氏图表示 14 关于运算的说明 运算顺序 和幂集优先 其他由括号确定并和交运算可以推广到有穷个集合上 即A1 A2 An x x A1 x A2 x An A1 A2 An x x A1 x A2 x An 某些重要结果 A B AA B A B 后面证明 A B A B A 15 只有一 二年级的学生才爱好体育运动 F 一年级大学生的集合S 二年级大学生的集合R 计算机系学生的集合M 数学系学生的集合T 选修离散数学的学生的集合L 爱好文学学生的集合P 爱好体育运动学生的集合 T M R S R S T M F T M L P P F S S M R P 除去数学和计算机系二年级学生外都不选修离散数学 例1 所有计算机系二年级学生都选修离散数学 数学系一年级的学生都没有选修离散数学 数学系学生或爱好文学或爱好体育运动 16 例2 S2 S5 S1 S2 S4 S3 S5 与S1 S5都不等 17 集合运算的算律 吸收律的前提 可交换 18 集合运算的算律 续 19 集合包含或相等的证明方法 证明X Y命题演算法包含传递法等价条件法反证法并交运算法 证明X Y命题演算法等式代入法反证法运算法 以上的X Y代表集合公式 20 任取x x X x Y 命题演算法证X Y 例3证明A B P A P B 任取xx P A x A x B x P B 任取xx A x A x P A x P B x B x B 21 包含传递法证X Y 找到集合T满足X T且T Y 从而有X Y例4A B A B证A B AA A B所以A B A B 22 利用包含的等价条件证X Y 例5A C B C A B C证A C A C CB C B C C A B C A B C A C C A B C C A B C命题得证 23 反证法证X Y 欲证X Y 假设命题不成立 必存在x使得x X且x Y 然后推出矛盾 例6证明A C B C A B C证假设A B C不成立 则 x x A B x C 因此x A或x B 且x C若x A 则与A C矛盾 若x B 则与B C矛盾 24 利用已知包含式并交运算 例7证明A C B C A C B C A B证A C B C A C B C上式两边求并 得 A C A C B C B C A C A C B C B C A C C B C C A E B E A B 由已知包含式通过运算产生新的包含式X Y X Z Y Z X Z Y Z 25 例8证明A A B A 吸收律 证任取x x A A B x A x A B x A x A x B x A 命题演算法证明X Y 任取x x X x Yx Y x X或者x X x Y 26 等式替换证明X Y 例9证明A A B A 吸收律 证 假设交换律 分配律 同一律 零律成立 A A B A E A B 同一律 A E B 分配律 A B E 交换律 A E零律 A同一律 不断进行代入化简 最终得到两边相等 27 反证法证明X Y 例10证明以下等价条件A B A B B A B A A B 1 2 3 4 证明顺序 1 2 2 3 3 4 4 1 假设X Y不成立 则存在x使得x X且x Y 或者存在x使得x Y且x X 然后推出矛盾 28 1 2 显然B A B 下面证明A B B 任取x x A B x A x B x B x B x B因此有A B B 综合上述 2 得证 2 3 A A A B A A B 将A B用B代入 29 3 4 假设A B 即 x A B 那么x A且x B 而x B x A B 从而与A B A矛盾 4 1 假设A B不成立 那么 x x A x B x A B A B 与条件 4 矛盾 30 集合运算法证明X Y 例11证明A C B C A C B C A B证由A C B C和A C B C得到 A C A C B C B C 从而有A C B C因此A C B C A C C B C C A C C B C C A B A B 由已知等式通过运算产生新的等式X Y X Z Y Z X Z Y Z X Z Y Z 31 集合的基数与有穷集合包含排斥原理有穷集的计数 3 3集合中元素的计数 32 集合A的基数 集合A中的元素数 记作cardA有穷集A cardA A n n为自然数 有穷集的实例 A a b c cardA A 3 B x x2 1 0 x R cardB B 0无穷集的实例 N Z Q R C等 集合的基数与有穷集合 33 包含排斥原理 定理设S为有穷集 P1 P2 Pm是m种性质 Ai是S中具有性质Pi的元素构成的子集 i 1 2 m 则S中不具有性质P1 P2 Pm的元素数为 34 证明 证设x不具有性质P1 P2 Pm x Ai i 1 2 mx Ai Aj 1 i j m x A1 A2 Am x对右边计数贡献为1 0 0 0 1 m 0 1 证明要点 任何元素x 如果不具有任何性质 则对等式右边计数贡献为 否则为 35 证明 续 设x具有n条性质 1 n mx对 S 贡献为1x对贡献为x对贡献为 x对 A1 A2 Am 贡献为x对右边计数贡献为 36 S中至少具有一条性质的元素数为 推论 37 解 S x x Z 1 x 1000 如下定义S的3个子集A B C A x x S 5 x B x x S 6 x C x x S 8 x 例1求1到1000之间 包含1和1000在内 既不能被5和6整除 也不能被8整除的数有多少个 应用 38 对上述子集计数 S 1000 A 1000 5 200 B 1000 6 133 C 1000 8 125 A B 1000 30 33 A C 1000 40 25 B C 1000 24 41 A B C 1000 120 8 代入公式N 1000 200 133 125 33 25 41 8 600 例1 续 39 文氏图法 求1到1000之间 包含1和1000在内 既不能被5和6整除 也不能被8整除的数有多少个 40 例224名科技人员 每人至少会1门外语 英语 13 日语 5 德语 10 法语 9英日 2 英德 4 英法 4 法德 4会日语的不会法语 德语求 只会1种语言人数 会3种语言人数 x 2 4 x y1 2 13x 2 4 x y2 10 x 2 4 x y3 9x 3 4 x y1 y2 y3 19x 1 y1 4 y2 3 y3 2