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集合基础知识

一、集合的概念

一、集合的基本概念与性质

1. 集合的定义

集合是由确定的、互不相同的元素组成的无序整体。

  • 确定性:元素是否属于集合有明确判定(如“所有正数”是集合,“所有大数”不是)。
  • 互异性:集合中元素唯一(如 {1, 2, 2} 非法,应写作 {1, 2})。
  • 无序性:集合中元素顺序无关(如 {1, 2} 与 {2, 1} 是同一集合)。
图片描述
集合及其运算

2. 常见表示方法

  • 列举法:直接列出元素,如 A = {1, 2, 3}。
  • 描述法:用条件描述元素,如 B = {x | x ∈ ℕ, x ≤ 10}。
  • 符号表示:
    • x∈Ax \in A:xx 属于集合 AA;
    • x∉Ax \notin A:xx 不属于集合 AA;
    • ∣A∣|A|:集合 AA 的元素个数(基数)。

3. 特殊集合

  • 空集:不含任何元素,记作 ∅\emptyset,是所有集合的子集。
  • 全集:包含讨论范围内所有元素的集合,记作 UU。

二、集合的关系与运算

1. 集合间的关系

  • 子集:若 ∀x∈A⇒x∈B\forall x \in A \Rightarrow x \in B,则 A⊆BA \subseteq B(AA 是 BB 的子集)。
  • 真子集:若 A⊆BA \subseteq B 且 A≠BA \neq B,则 A⊂BA \subset B。
  • 相等:若 A⊆BA \subseteq B 且 B⊆AB \subseteq A,则 A=BA = B。

2. 基本运算

运算定义符号/公式位运算等价(有限集)
并集包含所有属于 AA 或 BB 的元素A∪B={x∣x∈A∨x∈B}A \cup B = \{x \mid x \in A \lor x \in B\}a∣ba \vert b
交集包含所有同时属于 AA 和 BB 的元素A∩B={x∣x∈A∧x∈B}A \cap B = \{x \mid x \in A \land x \in B\}a&ba \& b
差集包含属于 AA 但不属于 BB 的元素A−B={x∣x∈A∧x∉B}A - B = \{x \mid x \in A \land x \notin B\}a&(∼b)a \& (\sim b)
对称差集包含属于 AA 或 BB,但不同时属于两者的元素A⊕B=(A−B)∪(B−A)A \oplus B = (A - B) \cup (B - A)a  ba \ ^ \ b
补集包含全集 UU 中不属于 AA 的元素A‾=U−A\overline{A} = U - A∼a&mask\sim a \& mask

3. 运算性质

  • 交换律:A∪B=B∪AA \cup B = B \cup A,A∩B=B∩AA \cap B = B \cap A。
  • 结合律:(A∪B)∪C=A∪(B∪C)(A \cup B) \cup C = A \cup (B \cup C),类似适用于交集。
  • 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)。
  • 德摩根定律: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}。