集合理论:集合的基本运算

集合理论:集合的基本运算

集合有 并、交、差、补 四种基本运算。

集合的并

定义 1(集合的并):设 \(A,B\) 为两个集合,则由集合 \(A\) 和集合 \(B\) 中的所有元素汇集而成的集合称为集合 \(A\) 和集合 \(B\)。记作 \(A \cup B\)。即:

\[A \cup B=\{x ~ | x \in A ~ \text{或} ~ x \in B\}。 \]

或者用纯粹的逻辑符号表示:

\[A \cup B = \{x ~ | ~ x \in A \lor x \in B \} \text{。} \]

推广:设 \(A_1,A_2,\cdots,A_n\)\(n\) 个集合,则 \(n\) 个集合的并集可表示为:

\[A_1 \cup A_2 \cup \cdots \cup A_n = \{x ~ | ~ x \in A_1 \lor x \in A_2 \lor \cdots \lor x \in A_n\} \text{,} \]

可简单地记作:\(\underset{i=1}{\overset{n}{\cup}}{A_i}\),即

\[\underset{i=1}{\overset{n}{\cup}}{A_i} = A_1 \cup A_2 \cup \cdots \cup A_n \text{。} \]

集合的交

定义 2(集合的交):设 \(A,B\) 为两个集合,则由集合 \(A\) 和集合 \(B\) 中的公共元素汇集而成的集合称为集合 \(A\) 和集合 \(B\)。记作 \(A \cap B\)。即:

\[A \cap B = \{x ~ | ~ x \in A ~ \text{且} ~ x \in B\}。 \]

或者用纯粹的逻辑符号表示:

\[A \cap B = \{x ~ | ~ x \in A \land x \in B \} \text{。} \]

推广:设 \(A_1,A_2,\cdots,A_n\)\(n\) 个集合,则 \(n\) 个集合的并集可表示为:

\[A_1 \cup A_2 \cup \cdots \cup A_n = \{x ~ | ~ x \in A_1 \land x \in A_2 \land \cdots \land x \in A_n\} \text{,} \]

可简单地记作:\(\underset{i=1}{\overset{n}{\cap}}{A_i}\),即

\[\underset{i=1}{\overset{n}{\cap}}{A_i} = A_1 \cap A_2 \cap \cdots \cap A_n \text{。} \]

集合的差

定义 3(集合的差):设 \(A,B\) 为两个集合,则由属于集合 \(A\) 但不属于集合 \(B\) 的所有元素汇集的集合称为集合 \(A\) 与集合 \(B\)。记作 \(A \setminus B\)\(A -B\)。即:

\[A \setminus B = \{x ~ | ~ x \in A ~ \text{且} ~ x \notin B\}。 \]

集合的补

定义4 (集合的补):设 \(A,X\) 为两个集合,且集合 \(A\) 是集合 \(X\) 的子集,则集合 \(X\) 与集合 \(A\) 的差集称为集合 \(A\) 关于集合 \(X\)。记作 \(A_{X}^{C} = X \setminus A\),或者简记为 \(A^{C} = X \setminus A\)。即

\[A_{X}^{C} = \{x ~ | ~ x \in X ~ \text{且} ~ x \notin A\}。 \]

显然集合的 满足:

\[A \setminus B = A \cap B^{C}。 \]

集合的运算律

定理 1:设 \(A,B,C,X\) 均为集合,且 \(A,B,C\) 是集合 \(X\) 的子集,则:

\(\mathbf{1.} ~ \text{交换律}\)

\[A \cup B = B \cup A,A \cap B = B \cap A\ \text{;} \]

\(\mathbf{2.} ~ \text{结合律}\)

\[(A \cup B) \cup C = A \cup (B \cup C),(A \cap B) \cap C = A \cap (B \cap C)\text{;} \]

\(\mathbf{3.} ~ \text{分配律}\)

\[A \cup (B \cap C) = (A \cup B)\cap (A \cup C),A \cap (B \cup C) = (A \cap B)\cup (A \cap C)\text{;} \]

\(\mathbf{4.} ~ \text{对偶律}(De ~ Morgan \text{公式})\)

\[(A \cup B)^{C} = A^{C} \cap B^{C},(A \cap B)^{C} = A^{C} \cup B^{C}。 \]

参考文献

[1] 陈纪修,于崇华,金路著. 数学分析 上 第2版. 北京:高等教育出版社, 2004.06.
[2] 华东师范大学数学系编. 数学分析 上 第4版. 北京:高等教育出版社, 2010.07.
[3] 周性伟. 实变函数 第2版. 北京:高等教育出版社, 2007.01.

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