前三篇介绍了集合的基础定义、集合之间的关系,集合的运算。本节主要介绍集合的元素个数,这是奥数常考的考点,但在高考中一般会以最简单的形式出现。
一、集合的元素个数
集合元素的个数,之前已经介绍过了,用Card(A)表示。例如集合A={a,b,c,d},那么Card(A)=4。
这里隆重介绍的是交集、并集和集合元素之间的关系——
Card(A∪B)=Card(A)+Card(B)-Card(A∩B),这个公式会经常被用来计算人数,而在高考数学范围内最多延伸到3个集合——
Card(A∪B∪C)=Card(A)+Card(B)+Card(C)-Card(A∩B)-Card(B∩C)-Card(A∩C)+Card(A∩B∩C)
这个我们称之为容斥定理。
例题:
以下用一个例子,也是最常见的题型做个说明:
一次考试中,语文大于90分的有17个,数学大于90分的有18个,英语大于90分的有19个,语文数学都大于90分的6个,数学英语都大于90分的7个,语文英语都大于90分的8个,语文数学英语都没大于90分的有3个,请问全班最多有几个学生?
解析:碰到这样的题型,首先一定要先画出下面这个图,理清楚关系。
假设A={语文大于90分的人},B={数学大于90分的人},C={英语大于90分的人},根据题意得:
Card(A)=17,Card(B)=18,Card(C)=19,Card(A∩B)=6,Card(B∩C)=7,Card(A∩C)=8
(1)全班人数=语文数学英语都没大于90分的人数+Card(A∪B∪C)
(2)Card(A∪B∪C)=Card(A)+Card(B)+Card(C)-Card(A∩B)-Card(B∩C)-Card(A∩C)+Card(A∩B∩C)
综合(1)和(2),代入已知的数据可以得到:
全班人数=3+17+18+19-6-7-8+Card(A∩B∩C)=36+Card(A∩B∩C)
Card(A∩B∩C)肯定是小于Card(A∩B),Card(B∩C)和Card(A∩C),所以
Card(A∩B∩C)最大为6,所以全班人数最多为42个。
二、区间
区间,是集合的一种特殊形式,是实数集R的一个子集。
开区间(a,b)={x∈R丨a<x<b}
闭区间[a,b]={x∈R丨a≤x≤b}
半开半闭区间[a,b)={x∈R丨a≤x<b}
(a,b]={x∈R丨a<x≤b}
用区间的形式表示集合,更加简洁明了,而后续的内容中会经常用到。