集合与容斥原理

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1、高一数学竞赛系列讲义授课时间:2004年月日(星期)第一讲　集合与容斥原理　　数学是一门非常迷人的学科，久远的历史，勃勃的生机使她发展成为一棵枝叶茂盛的参天大树，人们不禁要问：这根大树到底扎根于何处？为了回答这个问题，在19世纪末，德国数学家康托系统地描绘了一个能够为全部数学提供基础的通用数学框架，他创立的这个学科一直是我们数学发展的根植地，这个学科就叫做集合论。它的概念与方法已经有效地渗透到所有的现代数学。可以认为，数学的所有内容都是在“集合”中讨论、生长的。集合是一种基本数学语言、一种基本数学工具。它不仅

2、是高中数学的第一课，而且是整个数学的基础。对集合的理解和掌握不能仅仅停留在高中数学起始课的水平上，而要随着数学学习的进程而不断深化，自觉使用集合语言(术语与符号)来表示各种数学名词，主动使用集合工具来表示各种数量关系。如用集合表示空间的线面及其关系，表示平面轨迹及其关系、表示方程(组)或不等式(组)的解、表示充要条件，描述排列组合，用集合的性质进行组合计数等。集合的划分反映了集合与子集之间的关系，这既是一类数学问题，也是数学中的解题策略——分类思想的基础，在近几年来的数学竞赛中经常出现，日益受到重视，本讲主要

3、介绍有关的概念、结论以及处理集合、子集与划分问题的方法。1．集合的概念集合是一个不定义的概念，集合中的元素有三个特征：（1）确定性设是一个给定的集合，是某一具体对象，则或者是的元素，或者不是的元素，两者必居其一，即∈与仅有一种情况成立。（2）互异性一个给定的集合中的元素是指互不相同的对象,即同一个集合中不应出现同一个元素.（3）无序性2．集合的表示方法主要有列举法、描述法、区间法、语言叙述法。常用数集如：应熟记。3．实数的子集与数轴上的点集之间的互相转换，有序实数对的集合与平面上的点集可以互相转换。对于方程、

4、不等式的解集，要注意它们的几何意义。4．子集、真子集及相等集（1）或＝；（2）且≠；（3）＝且。5．一个阶集合（即由个元素组成的集合）有个不同的子集，其中有－1个非空子集，也有－1个真子集。6．集合的交、并、补运算={且}={或}且}要掌握有关集合的几个运算律：（1）交换律＝，＝；（2）结合律（）＝（），（）＝()；光山县第二高级中学第13页[共13页]高一数学竞赛系列讲义授课时间:2004年月日(星期)（1）分配律（）＝（）（）（）＝()（）（4）0—1律＝，＝＝，＝（5）等幂律＝，＝（6）吸收律()＝，（

5、）＝（7）求补律＝，＝（8）反演律1．有限集合所含元素个数的几个简单性质我们把有限集合A的元素个数记作card(A)　　可以证明：　　(1)card(A∪B)＝card(A)＋card(B)－card(A∩B)；　　(2)card(A∪B∪C)=card(A)+card(B)+card(C)　　　　　　　　　　-card(A∩B)-card(A∩C)-card(B∩C)　　　　　　　　　　　　　+card(A∩B∩C)2．映射、一一映射、逆映射（1）映射设、是两个集合，如果按照某种对应法则，对于集合中的任何一

6、个元素，在集合中都有唯一的元素和它对应，这样的对应叫做从集合到集合的映射，记作：→。上述映射定义中的、，可以是点集，数集，也可以是其他集合。和中元素对应的中的元素叫做（在下）的象，叫做的原象。中的任何一个元素都有象，并且象是唯一的。（2）一一映射设、是两个集合，：→是从集合到集合的映射，如果在这个映射的作用下，对于集合中的不同元素，在集合中有不同的象，且中的每一个元素都有原象，那么这个映射叫做到上的一一映射。（3）逆映射设：→是集合到集合上的一一映射，如果对于中的每一个元素，使在中的原象和它对应，这样所得映射

7、叫做映射：→的逆映射，记作：→。注意：只有一一映射，才有逆映射。要能够根据这三个概念的定义，准确地判断一个给定的对应是不是映射，是不是一一映射，并能求出一一映射的逆映射。一、集合中待定元素的确定　　例4．已知集合M＝{x，xy，lg(xy)}，S＝{0，∣x∣，y}，且M＝S，则(x＋)＋(x2＋)＋……＋(x2004＋)的值等于(　　　)，(据1987年全国高中数学联赛试题改编)。光山县第二高级中学第13页[共13页]高一数学竞赛系列讲义授课时间:2004年月日(星期)　　分析：解题的关键在于求出x和y的值

8、，而x和y分别是集合M与S中的元素。这一类根据集合的关系反过来确定集合元素的问题，要求我们要对集合元素的基本性质即确定性、异性、无序性及集合之间的基本关系(子、全、补、交、异、空、等)有本质的理解，对于两个相等的有限集合(数集)，还会用到它们的简单性质：　　(a)相等两集合的元素个数相等；　　(b)相等两集合的元素之和相等；　　(c)相等两集合的元素之积相等；　　对于本题，还会用到对数、绝对值的基本