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集合の演算とド・モルガンの法則

∵証明

任意の要素 x∈Ux\in U を一つ固定します。

x∈(A∪B)c  ⟺  x∉A∪B  ⟺  (x∉A かつ x∉B)  ⟺  x∈Ac∩Bc.x\in(A\cup B)^c \iff x\notin A\cup B \iff (x\notin A\text{ かつ }x\notin B) \iff x\in A^c\cap B^c.

どの xx についても所属が一致するので最初の等式が成り立ちます。2番目も「両方に入る、ではない」を「少なくとも一方に入らない」へ言い換えて同様に示せます。

集合 X=YX=Y を証明する標準的な方法は、x∈X⇒x∈Yx\in X\Rightarrow x\in Y と x∈Y⇒x∈Xx\in Y\Rightarrow x\in X の両方を示すことです。これは X⊆YX\subseteq Y と Y⊆XY\subseteq X を示すことに対応します。

Q集合演算★☆☆

U={1,2,3,4,5}U=\{1,2,3,4,5\}、A={1,2,3}A=\{1,2,3\}、B={2,4}B=\{2,4\} について A∪BA\cup B、A∩BA\cap B、A∖BA\setminus B、AcA^c を求めてください。

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補集合は UU の中で考えます。
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A∪B={1,2,3,4}A\cup B=\{1,2,3,4\}、A∩B={2}A\cap B=\{2\}、A∖B={1,3}A\setminus B=\{1,3\}、Ac={4,5}A^c=\{4,5\} です。

Q等式を証明する★★☆

A∖(B∪C)=(A∖B)∩(A∖C)A\setminus(B\cup C)=(A\setminus B)\cap(A\setminus C) を要素を使って証明してください。

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xx が左辺に属する条件を「かつ」「または」で書き直します。
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x∈A∖(B∪C)  ⟺  x∈A,x∉B,x∉Cx\in A\setminus(B\cup C) \iff x\in A, x\notin B, x\notin C  ⟺  x∈A∖B かつ x∈A∖C  ⟺  x∈(A∖B)∩(A∖C).\iff x\in A\setminus B\text{ かつ }x\in A\setminus C \iff x\in(A\setminus B)\cap(A\setminus C).

任意の xx について同値なので集合は等しいです。

Q対称差の等式を示す★★★

任意の集合 A,BA,B について

(A∖B)∪(B∖A)=(A∪B)∖(A∩B)(A\setminus B)\cup(B\setminus A)=(A\cup B)\setminus(A\cap B)

を示してください。

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任意の要素 xx が左辺に属する条件を「かつ」「または」で書き直します。
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左辺への所属は「x∈Ax\in A かつ x∉Bx\notin B、または x∈Bx\in B かつ x∉Ax\notin A」です。これは「A,BA,B の少なくとも一方に属するが、両方には属さない」と同値です。すなわち x∈A∪Bx\in A\cup B かつ x∉A∩Bx\notin A\cap B であり、右辺への所属条件と一致します。