集合运算是组合集合、分析集合关系的基本操作。掌握集合运算,你就能处理复杂的集合问题!
什么是集合运算?
集合运算是对集合进行组合和变换的操作,通过运算得到新的集合。
基本集合运算
1. 并集(Union)
符号:∪
定义:A∪B={x∣x∈A 或 x∈B}
含义:包含 A 和 B 中所有元素的集合
文氏图:两个圆圈的重叠部分和未重叠部分
例子:
- A={1,2,3}, B={3,4,5}
- A∪B={1,2,3,4,5}(注意:3 只出现一次)
2. 交集(Intersection)
符号:∩
定义:A∩B={x∣x∈A 且 x∈B}
含义:包含同时属于 A 和 B 的元素的集合
文氏图:两个圆圈的重叠部分
例子:
- A={1,2,3}, B={3,4,5}
- A∩B={3}(只有 3 同时属于两个集合)
3. 补集(Complement)
符号:Ac 或 A
定义:Ac={x∣x∈/A}(在全集 U 中)
含义:包含不属于 A 的所有元素的集合
文氏图:全集 U 中圆圈 A 外面的部分
注意:补集是相对于全集 U 而言的。
例子:
- 全集 U={1,2,3,4,5}, A={1,2,3}
- Ac={4,5}(属于 U 但不属于 A 的元素)
4. 差集(Difference)
符号:A−B 或 A∖B
定义:A−B={x∣x∈A 且 x∈/B}
含义:包含属于 A 但不属于 B 的元素的集合
文氏图:A 的圆圈中不在 B 圆圈内的部分
例子:
- A={1,2,3,4}, B={3,4,5}
- A−B={1,2}(属于 A 但不属于 B 的元素)
注意:A−B=B−A(差集不满足交换律)
集合运算的性质
交换律
- A∪B=B∪A
- A∩B=B∩A
结合律
- (A∪B)∪C=A∪(B∪C)
- (A∩B)∩C=A∩(B∩C)
分配律
- A∪(B∩C)=(A∪B)∩(A∪C)
- A∩(B∪C)=(A∩B)∪(A∩C)
德·摩根定律
- (A∪B)c=Ac∩Bc
- (A∩B)c=Ac∪Bc
记忆:补集的并集等于交集的补集,补集的交集等于并集的补集
吸收律
- A∪(A∩B)=A
- A∩(A∪B)=A
恒等律
- A∪∅=A
- A∩U=A(U 是全集)
- A∪U=U
- A∩∅=∅
补集的性质
- A∪Ac=U
- A∩Ac=∅
- (Ac)c=A(双重补集等于原集合)
集合运算的优先级
优先级(从高到低)
- 补集 Ac
- 交集 ∩
- 并集 ∪
- 差集 − 或 ∖
- A∪B∩C 表示 A∪(B∩C),不是 (A∪B)∩C
- Ac∩B 表示 (Ac)∩B,不是 (A∩B)c
文氏图(Venn 图)
什么是文氏图?
文氏图是用图形表示集合和集合运算的方法。
基本图形
- 用圆圈或椭圆表示集合
- 重叠部分表示交集
- 整个区域表示并集
例子 1:A∪B
A B
┌───┐ ┌───┐
│ │ │ │
└───┘ └───┘
↑
并集 = A 和 B 的所有部分
例子 2:A∩B
A B
┌───┐ ┌───┐
│ │ │ │
└───┘ └───┘
↑
交集 = 重叠部分
例子 3:A−B
A B
┌───┐ ┌───┐
│ │ │ │
└───┘ └───┘
↑
差集 = A 中不在 B 中的部分
生活中的应用
数据分析
- 📊 数据筛选:用交集找出同时满足多个条件的数据
- 📈 数据合并:用并集合并多个数据集
数据库查询
- 💾 SQL查询:
SELECT * FROM table1 UNION SELECT * FROM table2
- 🔍 条件查询:用交集和并集组合查询条件
概率论
- 🎲 事件:事件可以看作集合
- 📊 概率计算:用集合运算计算概率
常见错误
错误 1:混淆并集和交集
- 并集: 所有元素("或"的关系)
- 交集:共同元素("且"的关系)
错误 2:补集没有指定全集
补集是相对于全集而言的,必须明确全集是什么。
错误 3:差集和补集混淆
- 差集:A−B(相对于 B)
- 补集:Ac(相对于全集 U)
小练习
- 如果 A={1,2,3}, B={3,4,5},求 A∪B 和 A∩B
- 如果全集 U={1,2,3,4,5}, A={1,2,3},求 Ac
- 如果 A={1,2,3,4}, B={3,4,5},求 A−B 和 B−A
- 用文氏图表示 (A∪B)c=Ac∩Bc
💡 小贴士:集合运算是组合集合的工具。画文氏图能帮你直观理解集合运算。记住德·摩根定律:补集的并集等于交集的补集!