理论教育 差集运算:数理逻辑中的思想与方法

差集运算:数理逻辑中的思想与方法

时间:2023-11-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:∈n∈(n+1)∈….并且自然数集N为:{0,1,2,3,…

差集运算:数理逻辑中的思想与方法

定义2.4 设有两个集合A和B,由属于A而不属于B的全体元素组成的集合称为A与B的差集,记作A-B,读作A减B.符号“-”表示两个集合之间差的运算.如图1-6的阴影部分的区域表示A-B,即:

图1-6

A-B={x|x∈A并且x/∈B}.

亦即:

x∈A-B当且仅当x∈A并且xB.

例2.6 当A={a,b},B={a,b,c,d},C={a,c,e}时,B-A={c,d},A-B=∅,A-C={b},C-A={c,e}.

差集具有下面的性质:

(1)A-(B∪C)=(A-B)∩(A-C);

(2)A-(B∩C)=(A-B)∪(A-C).

事实上,对于性质(1)只需证明:A-(B∪C)⊆(A-B)∩(A-C)并且(AB)∩(A-C)⊆A-(B∪C).对任意的x,x∈A-(B∪C),根据定义2.4可得:x∈A并且xB∪C.由xB∪C可得:xB并且xC.于是,有x∈A并且(xB并且xC).由此可得:(x∈A并且xB)并且(x∈A并且xC).再根据定义2.4可得:x∈A-B并且x∈A-C.利用定义2.2得:x∈(A-B)∩(AC).于是A-(B∪C)⊆(A-B)∩(A-C);反之,对任意的x,x∈(A-B)∩(A-C),根据定义2.2可得:x∈A-B并且x∈A-C.由定义2.4可得:(x∈A并且xB)并且(x∈A并且xC).由此可得:x∈A并且(xB并且xC).利用定义2.1得:x∈A并且xB∪C,再利用定义2.4可得:x∈A-(B∪C).于是,(A-B)∩(A-C)⊆A-(B∪C).综前所述得:A-(B∪C)=(A-B)∩(A-C).同理可证性质(2)成立.

定义2.5 若B⊆A,则A-B叫做B对A的相对补.记作B′,读作B的补.符号“′”表示集合的补运算.如图1-7的阴影部分的区域表示B′,即:

图1-7

B′={x|x∈A并且xB}.

亦即,若B⊆A,x∈B′当且仅当x∈A且xB.

特别地,差和相对补之间满足下面的等式:(www.daowen.com)

A-B=A∩B′.

例2.7 当A={a,b},B={a,b,c,d}时,A′=B-A={c,d}.而A-B=∅.

相对补具有下面的性质:

(1)(A′)′=A;

(2)(A∩B)′=A′∪B′,(A∪B)′=A′∩B′.

事实上,性质(1)只需证明:(A′)′⊆A并且A⊆(A′)′.对于任意的x,x∈(A′)′,根据定义2.5,xA′,再利用定义2.5,得:x∈A.于是,(A′)′⊆A.反之,对任意的x,x∈A,则xA′.由定义2.5得:x∈(A′)′.于是,A⊆(A′)′.综前所述,得:(A′)′=A.对于性质(2),只证等式(A∩B)′=A′∪B′成立.对任意的x,x∈(A∩B)′,根据定义2.5得:xA∩B,即xA或者xB.再利用定义2.5得:x∈A′或x∈B′.于是,x∈A′∪B′.即:(A∩B)′⊆A′∪B′.同理可证:A′∪B′⊆(A∩B)′.剩下的证明留给读者完成.

利用集合的并运算,我们有:

定义2.6 一个集合A的后继集A+如下:

A+=A∪{A}.

利用后继运算,冯·诺伊曼提出了一种刻画自然数的办法.他把每个自然数都定义为如下较小自然数的集合.

这样构造出来的自然数具有下面的两条性质:

0∈1∈2∈3∈…∈n∈(n+1)∈…,

0⊆1⊆2⊆3⊆…⊆n⊆(n+1)⊆….

并且自然数集N为:

{0,1,2,3,…,n,n+1,…}={∅,∅+,∅++,…,∅++…+,…}.

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