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集合とは

集合の書き方には、要素を列挙する外延的記法 A={1,2,3}A=\{1,2,3\} と、条件で指定する内包的記法 E={2nnZ}E=\{2n\mid n\in\mathbb Z\} があります。後者は「整数 nn を使って 2n2n と書ける数全体」、つまり偶数全体です。

有限個の要素を持つ集合を有限集合、そうでない集合を無限集合といいます。要素を一つも持たない集合は空集合で、\varnothing と書きます。考えている対象すべてを含む集合を全体集合といいます。

どの集合 AA に対しても A,AA\varnothing\subseteq A,\qquad A\subseteq A です。空集合には反例となる要素がなく、集合自身の要素は当然すべて自身に属するからです。

このサイトでは

N={0,1,2,},Z={,1,0,1,},\mathbb N=\{0,1,2,\ldots\},\quad \mathbb Z=\{\ldots,-1,0,1,\ldots\},

を使います。Q\mathbb Q は有理数全体、R\mathbb R は実数全体です。自然数に0を含めない流儀もあるため、他の文献では定義を確認してください。

実数の区間は、端を含むとき角括弧、含まないとき丸括弧で表します。

[a,b]={xRaxb},(a,b)={xRa<x<b}.[a,b]=\{x\in\mathbb R\mid a\le x\le b\}, \qquad (a,b)=\{x\in\mathbb R\mid a<x<b\}.

[a,b)[a,b) のように片側だけ含むこともあります。

Q記号を判定する★☆☆

A={1,2,{3}}A=\{1,2,\{3\}\} について、3A3\in A{3}A\{3\}\in A{1,2}A\{1,2\}\subseteq A の真偽を答えてください。

HINTヒントを見る
数3と、3だけを要素に持つ集合は別の対象です。
ANS解答を見る

3A3\in A は偽、{3}A\{3\}\in A は真です。1と2はどちらも AA の要素なので {1,2}A\{1,2\}\subseteq A は真です。

Qべき集合★★☆

B={0,1,2}B=\{0,1,2\} のべき集合をすべて書き、要素数を確認してください。

HINTヒントを見る
要素数0、1、2、3の部分集合に分けます。
ANS解答を見る
P(B)={,{0},{1},{2},{0,1},{0,2},{1,2},{0,1,2}}.\mathcal P(B)=\{\varnothing,\{0\},\{1\},\{2\}, \{0,1\},\{0,2\},\{1,2\},\{0,1,2\}\}.

全部で 8=238=2^3 個です。

Q包含関係を等式で特徴づける★★★

集合 A,BA,B について、ABA\subseteq BAB=AA\cap B=A が同値であることを、要素を使って示してください。

HINTヒントを見る
それぞれの向きで、xAx\in A または xABx\in A\cap B から何が言えるかを調べます。
ANS解答を見る

ABA\subseteq B なら、xAx\in AxBx\in B も満たすので xABx\in A\cap B です。逆の包含 ABAA\cap B\subseteq A は定義から成り立つため、AB=AA\cap B=A です。逆に AB=AA\cap B=A なら、xAx\in A に対して xABx\in A\cap B なので xBx\in B です。よって ABA\subseteq B です。