定义2.1 设有两个集合A和B,由A和B的所有元素构成的集合称为集合A与集合B的并集,记作A∪B,读作A并B.符号“∪”表示两个集合之间的并运算.如图1-4的阴影部分的区域表示A∪B.即:
图1-4
A∪B={x|x∈A或者x∈B},
亦即:
x∈A∪B当且仅当x∈A或者x∈B.
例2.1 令A={a,b},B={a,b,c,d},C={a,c,e},则A∪B={a,b,c,d},A∪C={a,b,c,e},B∪C={a,b,c,d,e}.
例2.2 令A={3个苹果}={a1,a2,a3},B={2个苹果和3个梨}={a4,a5,b1,b2,b3},则A∪B={a1,a2,a3,a4,a5,b1,b2,b3}.即:集合A∪B中有8个元素,其中5个苹果和3个梨.
从例2.2可以看出,两个集合并的运算可以看作算术加法的一种推广.因为数的加法要求名数相同的量才能相加.集合的并运算不仅能使同名数的量能相加,而且也较好地处理了不同名数量的计算.就是说,不同名数两个集合并的结果,等于一个新的集合.这个集合中,元素的个数等于两个集合中元素个数的和,而集合中元素之间又是可以相互区分的.
用类似的方法可以定义两个以上集合的并集.设A1,A2,…,An是n个集合,则
A1∪A2∪A3={x|x∈A1或x∈A2或x∈A3},
A1∪A2∪…∪An={x|x∈A1或x∈A2或…或x∈An}
我们还可以定义集合族A={A|A是集合}的并∪A为:
∪A={x|存在A∈A,使x∈A}.
特别地,当A={Ai|i∈N}时,(www.daowen.com)
当A={Ai|0≤i≤n}={A0,A1,…,An}时,
例2.3 当集合族A={{1,2},{2},{2,3}}时,∪A={1,2}∪{2}∪{2,3}={1,2,3}.
集合的并具有下面的性质:
(1)交换律 A∪B=B∪A;
(2)结合律 (A∪B)∪C=A∪(B∪C);
(3)幂等律 A∪A=A;
(4)空集律 A∪∅=A;
(5)A⊆A∪B,B⊆A∪B;
(6)A⊆B当且仅当A∪B=B;
(7)A⊆C并且B⊆C当且仅当A∪B⊆C.
事实上,对于性质(1)只需证明:A∪B⊆B∪A并且B∪A⊆A∪B.因为对于任意的x,x∈A∪B,根据定义2.1可得:x∈A或者x∈B.于是,有x∈B或者x∈A.再根据定义2.1可得:x∈B∪A.因此,A∪B⊆B∪A.同理可证:B∪A⊆A∪B.故A∪B=B∪A.对于性质(2)只需证明:(A∪B)∪C⊆A∪(B∪C)并且A∪(B∪C)⊆(A∪B)∪C.因为对任意的x,x∈(A∪B)∪C,根据定义2.1可得,x∈A∪B或x∈C,再利用定义2.1得:(x∈A或x∈B)或x∈C,由此得:x∈A或(x∈B或x∈C).于是,有x∈A或x∈B∪C,进一步可得:x∈A∪(B∪C).因此,(A∪B)∪C⊆A∪(B∪C).同理可证:A∪(B∪C)⊆(A∪B)∪C.综前所述:(A∪B)∪C=A∪(B∪C).
对于性质(3)只需注意:x∈A或者x∈A当且仅当x∈A.对性质(4),因为x∈∅为假,所以,x∈A或者x∈∅当且仅当x∈A.对于性质(5),对任意的x,x∈A,得:x∈A或x∈B.即x∈A∪B.因此,A⊆A∪B.对于性质(6),设x∈A∪B,由定义2.1可得x∈A或者x∈B,因为A⊆B,所以,当x∈A时,x∈B.于是,由x∈A或者x∈B可得x∈B或者x∈B,即x∈B.根据定义1.3可得:A∪B⊆B.利用性质(5)可得:B⊆A∪B.于是,当A⊆B时,可得A∪B=B.反之,对任给的x,x∈A,再由性质(5)得:x∈A∪B.因为A∪B=B,所以x∈B.根据定义1.3得:A⊆B,对性质(7),对任意的x,x∈A∪B,由定义2.1和已知条件可得x∈C.反之,设x∈A,由性质(5)可得x∈A∪B,又A∪B⊆C,所以,x∈C.根据定义1.3可得:A⊆C.同理可证:B⊆C.
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