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集合入门基础知识

时间:2020-12-06 17:14:35

  忘记了数字,忘记了数字是什么,以下讲的才是数学的源头,不要管数字的数学,我们来看 "事物" 的数学。

  定义集合是什么?简单地说,集合是收集起来的一些东西,我们先确定一堆 "东西"(下面会有定义)的一个共同属性,然后我们收集有这个共同属性的 "东西" 。

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  例如,穿在身上的东西:鞋子、袜子、帽子、衬衫、裤子等等,你很容易就可以想到很多其他的集合,这就是个集合

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  另一个例子是手指,这个集合含有食指、中指、无名指和小指,集合只不过是一推有共同属性的东西。

  记法,集合的记法相当简单。把所有元素(也称 "成员")以逗号分隔,放在大括號里:

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大括号{ } 有时也叫做 "花括号"。

  这是上面的两个例子:{袜子,鞋子,手表、衬衫 …}{食指,中指,无名指,小指}第一个例子有这个符号 "…"(三个圆点),这三个圆点… 叫水平省略号,意思是 "延续下去"。

  所以第一个例子的意思是无穷延续,你可能说其实没有无穷的东西可以穿在身上,但这也很难说 …… 在是个例子我们就当作真是无穷的。

  所以:

  第一个集 {袜子,鞋子,腕表,衬衫,…} 叫无限集合,
  第二个集 {食指,中指,无名指,小指} 叫 有限集合.

  但有时 "…" 可以使用在一个长系列的成员中间:

  例子:英语字母集合:{a, b, c, …, x, y, z},这个例子是个有限集合(只有 26个英语字母),

  数集,这和数学有什么关系?为集合定义需要一个共同的属性,我们也可以这样定义数的集合.

  偶数集:{..., -4, -2, 0, 2, 4, ...}
  奇数集:{..., -3, -1, 1, 3, ...}
  质数集:{2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, ...}
  小于 10 的 3 的正倍数:{3, 6, 9}

  还有很多。

  数集(其实所有的集都一样)也可以没有共同的属性,我们只需要把一些东西定义为一个集合。例如:

{2, 3, 6, 828, 3839, 8827}
{4, 5, 6, 10, 21}
{2, 949, 48282, 42882959, 119484203}

  这些都是我在键盘上随意打出来的数。

  集合为什么重要?集合是数学的基本概念。集合的概念没有什么特别,但应用在不同的(数学)情况下则成为强大的数学基础工具,数学可以是很复杂的学问。图论、抽象代数、实分析、复分析、线性代数、数论等等都是复杂的理论,但它们其中一个共同基础就是集合。

  全集

星  

在上面我们说:"东西"。

这个集合叫全集。它是包含所有的集合。在实际的层面,全集含有所有与当前的研究课题有关的东西

各整数  

研究整数时,相关的集合都含有整数。全集就是所有整数

在数论研究,全集多半是所有整数,因为数论就是整数的研究。

各实数  

但在微积分(也称为实分析)里,全集差不多一定是实数。

在复分析里,全集就是复数。

  更多记法

A= {a,...} 我们通常用大写英语字母来代表集合,小写子母来代表集合的元素。

例如,A 是个集合,a 是 A 的一个元素。B 与 b 和 C 与 c 也是一样。

  当然,你不一定需要永远跟随这个惯例,你可以用 m 来代表集合,这并不违背数学定律(但是,除以 0 就是犯(数学)法的行为,你会被打进数学大牢里监禁π年)。不过,这个惯例也很清晰简单,所以跟随它也没什么大不了。

  如果我们能说 a 是 A 集的元素,我们就用 元素符号 符号来表示。
  "不是集的元素"也有个符号:非元素符号。

  例子:集 A 是 {1,2,3}。我们可以这样写 1 元素符号 A,但 5 非元素符号 A

  相等
  如果两个集合所有的成员都是相同的,它们便是相等的。但是,有时两个相同的集合乍看是不相等的,所有我们需要小心观察!

  例子:A 与 B 相等吗?

  A 是头四个正整数的集B = {4, 2, 1, 3}我们检测一下。两个集都含有 1。也有 2、3 和 4。没有其他元素了。所以:是,这两个集是相同的!

  相等的符号是等号(=),所以:A = B

  子集
  一个集合的一部分就是它的子集。

  例子:集 {1, 2, 3, 4, 5}
  其中一个子集是 {1, 2, 3}。{3, 4} 或 {1} 也是子集。

  但 {1, 6} 不是子集,因为 6 不是原集的元素。

  一般来说:

  A 是 B 的子集当且仅当 A 的每个元素都是 B 的元素。

  我们来看一些例子。

  例子:A 是不是 B 的子集?A = {1, 3, 4},B = {1, 4, 3, 2}。
  1 是 A 的元素,也是 B 的元素。

  3 是 A 的元素,也是 B 的元素。

  4 是 A 的元素,也是 B 的元素。

  A 没有其他元素了,所有 A 的元素都是 B 的元素,所以

  A 是 B 的子集

  注意 2 是 B 的元素,但不是 A 的元素。但这没关系,我们只看 A 的元素。

  现在我们来看一个比较复杂的例子。

  例子:A 是 4 的所有倍数,B 是所有 2 的倍数。A 是 B 的子集吗?B 是 A 的子集吗?
  我们不能检测所有的元素,因为两个集都是无限集。所以我们要做些分析。

  集合是:

  A = {…, -8, -4, 0, 4, 8, …}
  B = {…, -8, -6, -4, -2, 0, 2, 4, 6, 8, …}
  把两个集的元素配对,我们知道每个 A 的元素都是 B 的元素,但 B 的元素不一定是 A 的元素:

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  因此:A 是 B 的子集,但 B 不是 A 的子集,

  真子集,子集的定义导致一个有趣的结论,A 是个集。每个 A 的元素都是 A 的元素吗?(很奇怪的问题,写错了吗?)

  没写错,答案:当然是!所以 A 是 A 的子集,A 不像是自己真的子集。通常我们要真正的子集。所以我们建立另一个概念:真子集,A 是 B 的真子集当且仅当每个 A 的元素也是 B 的元素,并且至少有一个 B 的元素不是 A 的元素,在这个定义里,第二个条件排除了 A 为自己的真子集的可能。除此之外,真子和子集是没有分别的。

例子:{1, 2, 3} 是 {1, 2, 3} 的子集,但不是 {1, 2, 3} 的 真子集

例子:{1, 2, 3} 是 {1, 2, 3, 4} 的真子集,因为 4 不在第一个集里。

  注意如果 A 是 B 的真子集,它也是 B 的子集。

  更多更多记法
  如果 A 是 B 的子集,我们这样写:A 子集符号 B。

  如果 A 不是 B 的子集,我们这样写:A not subset symbol B ("A 不是 B 的子集")

  如果 A 是 B 的真子集,我们拿走符号下面的横线:A 真子集符号 B,如果不是子集(也不是真子集):A not proper subset symbol B。

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