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集合及其计算

内娱全明星综艺体——男生女生请就位(数学季)

何炅电视机前的观众朋友们大家好!

撒贝宁欢迎收看:男生女生请就位!

何炅今天这期节目,我们将和嘉宾们一起探索集合及其计算的奥秘!

所有嘉宾好耶!

观众们啊啊啊啊啊

撒贝宁对于我们来说,集合其实并不陌生。因为集合存在于我们的生活的方方面面:一个班级可以看作一个集合,一个年级可以看作一个集合,所有的植物和动物可以看作一个集合,所有的自然数也可以看成一个集合。当我们想要研究一类事物或者数时,会把它们的个体称为元素,把元素组成的整体称为集合。

丁程鑫可不可以这样理解:当我们要研究1到10之间的偶数时,2、4、6、8这几个数字就是一个个元素,由它们构成的整体“1到10之间的偶数”就是一个集合。

何炅当然可以啊。要注意的是,集合有三个重要的性质,分别是:确定性,互异性,无序性。

宋雨琦确定性应该是指集合中的每一个元素必须是确定的。比如“较小的数”,“较高的人”就不能构成一个集合,因为“较小”和“较高”是一个相对的值,而不是一个具体的要求。

肖战互异性应该是指集合中的每一个元素都是不一样的,也就是每一个元素都不能重复出现。

王一博无序性应该是指即使调换集合中元素的顺序,也不会改变集合的本质,例如刚才所提到的“1到10之间的偶数”,即使调换数字的顺序,这个集合依然表示“1到10之间的偶数”。只要构成两个集合的元素一样,这两个集合就相等。

撒贝宁嘉宾们解释得非常好。为了书写方便,我们用大写拉丁字母“A,B,C……”表示集合,用小写拉丁字母“a,b,c……”表示集合中的元素。如果a是集合A的元素,就记作a∈A,如果a不是集合A的元素,就记作a∉A.

何炅一些常用的集合会有特殊名称,自然数集记作N,正整数集记作N+,整数集记作Z,有理数集记作Q,实数集记作R.

撒贝宁有时候,我们会把集合中的元素一一列举出来,并用大括号括起来,这种表示集合的方法叫做列举法。

王俊凯所以“1到10之间的偶数”用列举法表示应该写作{2,4,6,8}。使用列举法表示集合真的很方便。

虞书欣但是列举法只能表示元素较少的集合,如果集合中元素的数量特别多,甚至是无限的,又应该怎样描述集合呢?

何炅这个时候就要用到描述法。设A是一个集合,我们把集合A中所有具有共同特征P(x)的元素x所组成的集合表示为{x∈A丨P(x)}.

贺峻霖如果用描述法表示集合x<10,可以写作{x∈R|x<10,}。描述法的格式可以看作范围+共同特征。

撒贝宁没错。补充一点,在集合{x∈R|x<10}中,因为只有实数范围内的数才可以比较大小,所以x<10这一条件默认了x是实数,“x∈R”可以省略不写,记作{x|x<10}。像这样,当集合特点中默认了集合中元素所属的大范围,则竖线前的范围可以省略不写。

赵露思既然元素与集合之间存在属于和不属于的关系,那么集合与集合之间又存在什么样的关系呢?

何炅我们来看看下面这两个集合:{1,2,3},{1,2,3,4,5}各位嘉宾能发现这两个集合之间有什么联系吗?

王源第一个集合中含有元素1,2,3,第二个集合中也含有元素1,2,3。

撒贝宁是的,对于两个集合A,B,如果A中的任何一个元素都是集合B中的元素,就称集合A是集合B的子集,记作A⊆B,或B⊇A读作“A包含于B”和“B包含A”。

迪丽热巴如果两个集合相等,可以两个集看作两个集合互相包含吗?

何炅当然可以,当集合A=B时,集合A中的任何一个元素都是集合B中的元素,集合B中的任何一个元素都是集合A中的元素。因此可以看作集合A,B相互包含。写作“A⊆B,A⊇B,A=B”。以此类推,任何一个集合都是它本身的子集,即A⊆A。

何炅让我们再看看这三个集合:{1,2,3},{1,2,3,4,5},{1,2,3,4,5,6},它们之间有什么关系呢?

鞠婧祎第一个集合包含于第二个集合,第二个集合包含于第三个集合,因此第一个集合包含于第三个集合。

撒贝宁是的,对于集合A,B,C。如果A⊆B,B⊆C,则A⊆C。我们把这叫做集合的传递性。

何炅我们可以Venn图来表示这样的关系,数形结合看上去会更加直观。

何炅

丁程鑫我注意到,集合{1,2,3,4,5}中的元素4,5是集合{1,2,3}中没有的,也就是说这两个集合并不完全相等。

撒贝宁没错,如果集合A⊆B,但存在元素x∈B,且x∉A,我们就称A为B的真子集,记作A⫋B,B⫌A,读作“A真包含于B”和“B真包含A”。

易烊千玺所以集合{1,2,3}是集合{1,2,3,4,5}的真子集。

肖战那么真包含和包含有什么关系呢?

迪丽热巴我觉得真包含的范围比包含更小,因为包含中有相等的情况,而真包含中没有。

王俊凯我很好奇,有没有不含任何元素的集合呢?

何炅当然有啊,我们把不含任何元素的集合称为空集,记作∅,并规定空集是任何集合的子集。

王源可不可以认为每一个集合中都有一定的空间,没有被其他元素填满的空间就是空集,所以空集是所有非空集合的子集,而∅=∅,所以空集也是它自己的子集。

撒贝宁王源同学理解得太好了!

贺峻霖什么时候我们会用到空集呢?

何炅在一个方程中,如果没有一个满足方程条件的根,则该方程根的集合为空集,比如说x²=-1在实数范围内的根,可以写作{x∈R|x²=-1}=∅,当我们描述一种情况不存在时也会用到空集,比如世界上是否有一个大于3而小于1的实数,我们可以写作{x∈R|x<1,x>3}=∅。

赵露思既然我们了解了集合的性质和集合之间的关系,我们可不可以像计算数字一样对集合进行计算呢?

撒贝宁当然是可以的啊!

何炅让我们来看看这三个集合:{1,2,3},{4,5},{1,2,3,4,5},它们之间有什么关系呢?

丁程鑫第三个集合是前两个集合相合并的结果。

撒贝宁没错,由所有属于集合A和集合B的元素组成的集合,叫做A和B的并集,记作A∪B,读作A并B。

鞠婧祎那么,集合{1,2,3},{3,4,5},{1,2,3,4,5}之间的关系又是什么呢?

易烊千玺我觉得{1,2,3}∪{3,4,5}={1,2,3,4,5}。如果将前两个集合的元素全都写进一个大括号里,就可以得到:{1,2,3,3,4,5},再根据集合的互异性删除多余的3,就可以得到{1,2,3,4,5},{1,2,3,4,5}同样可以看作{1,2,3}与{3,4,5}合并的结果。

何炅我们可以用Venn图表示并集

撒贝宁

鞠婧祎那么一个集合与它自身的并集是它自身吗?

撒贝宁是的,可以写作A∪A=A

王一博一个非空集合与空集的并集应该也是它自身吧。

何炅是的,可以写作A∪∅=A

迪丽热巴如果集合B包含于集合A,那么A是不是A和B的并集呢?

撒贝宁是的,可以写作B⊆A,B∪A=A

何炅我们还可以用数轴表示并集

何炅

撒贝宁我们来看看这三个集合:{1,2,3},{3,4,5},{3},它们之间有什么联系呢?

王俊凯第三个集合是前两个集合的共有部分。

何炅由所有属于集合A且属于集合B的元素组成的集合,称为A和B的交集,记作A∩B,读作A交B。

撒贝宁我们可以用Venn图表示交集

撒贝宁

虞书欣当A和B没有共同元素的时候,它们的交集不是空集吗?

撒贝宁是的,可以写作A∩B=∅

贺峻霖A与空集的交集不也是空集吗?

何炅是的,可以写作A∩∅=∅

肖战A与A的交集应该是它本身吧。

撒贝宁是的,可以写作A∩A=A

王俊凯当B属于A时,A与B的交集不就是B吗?

何炅是的,可以写作B⊆A,A∩B=B

撒贝宁我们还可以用数轴表示交集。

撒贝宁

何炅我们再来想一想,N+与R的关系是什么?

王源我知道,N+⊆R

撒贝宁如果一个集合中含有所研究问题中涉及的所有元素,就称这个集合为全集,记作U

何炅可以用Venn图表示为:

何炅

撒贝宁还有一个概念是补集,由全集U中不属于集合A的所有元素组成的集合称为集合A相对于全集U的补集,记作CuA={x∈U,且x∉A},可以用Venn图表示为:

撒贝宁

何炅还可以用数轴表示为:

何炅

撒贝宁今天的节目就到此结束了,我们一起了解了集合极其计算方法的性质与应用。想要了解更多精彩内容,敬请期待下一期的--男生女生请就位!我们下期再见!

观众们呜呜呜呜呜呜呜呜呜(欢呼)

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