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  • 集合的证明及相关习题

    1、吸收律证明(A∪(A∩B) = A )

    文氏图:

    image

    注:三角形区域为 (A∩B)

    证明:
    ∵A = A∩E                        //E为全集
    ∴A∪(A∩B) = (A∩E)∪(A∩B)
    根据分配律倒推可知:
    (A∩E)∪(A∩B) = A∩(B∪E)
    ∵B∪E = E
    ∴A∩(B∪E) = A∩E = A

    点评:证明过程引入全集E,利用恒等律 A = A∩E,A∪E = E 的性质来增加或消去元素,从而拼凑成对应的定律

    2、习题1(刘叙华—离散数学)
    证明:A∪(B-A) = A∪B

    文氏图:

    image

    证明:
    ∵B-A = B∩~A
    ∴A∪(B-A) = A∪(B∩~A)
    根据分配律:
    A∪(B∩~A) = (A∪B)∩(A∪~A)
                   = (A∪B)∩E
                   = A∪B   
    点评:证明过程引入全集E,利用 A∪~A = E 的性质来消去元素

    3、习题2(刘叙华—离散数学)
    证明:如 A∪B = A∪C,A∩B = A∩C
          则 B = C
          即 如果任意一个集合 X 和同一个集合 A 的交集和并集都相等,则该集合 X 是同一个集合

    证明:
    ∵B = B∩(A∪B)
    ∵A∪B = A∪C
    ∴B = B∩(A∪C)
    根据分配律:
    B∩(A∪C) = (B∩A)∪(B∩C)
    ∵A∩B = A∩C
    ∴(B∩A)∪(B∩C) = (A∩C)∪(B∩C)
                        = C∩(A∪B)
    ∵A∪B = A∪C
    ∴C∩(A∪B) = C∩(A∪C)
    根据吸收率倒推:
    C∩(A∪C) = C
    ∴B = C
    点评:证明过程充分运用给出的已知条件,将B从扩展式中消除

    4、习题3(刘叙华—离散数学)
    证明:A∩(B-C) = (A∩B)-(A∩C)
          即在此形势下(也仅在此情况下),减法也符合分配律

    文氏图:

    image

    注:图1中三角形区域为 (B-C),草绿色区域为 A,三角形和草绿色底色重叠区域即为他们的交集

         图2中三角形区域为 (A∩C),草绿色区域为 (A∩B),草绿色区域中扣除三角形区域后剩下的部分即为 (A∩B)-(A∩C)

    证明:
    (A∩B)-(A∩C) = (A∩B)∩~(A∩C)
    根据De.Morgan定律:
    ~(A∩C) = ~A∪~C
    ∴(A∩B)∩~(A∩C) = (A∩B)∩(~A∪~C)
    根据交换律:
    (A∩B)∩(~A∪~C) = A∩B∩(~A∪~C)
                            = B∩A∩(~A∪~C)
                            = B∩(A∩(~A∪~C))
                            = B∩((A∩~A)∪(A∩~C))
    ∵(A∩~A) = Φ
    ∴B∩((A∩~A)∪(A∩~C)) = B∩(Φ∪(A∩~C))
                                    = B∩(A∩~C)
    根据交换律:
    B∩(A∩~C) = B∩A∩~C
                   = A∩B∩~C
                   = A∩(B∩~C)
                   = A∩(B-C)

    点评:此题的证明过程主要是要充分运用交换律,将相关的元素交换到一起后进行运算,同时此题正向推导困难(因为消除比增加容易,长式子缩短容易),故在正向推导受阻的情况下,可以尝试反向推导

    5、习题3(刘叙华—离散数学)
    证明:(A∪B)-(A∩B) = (B-A)∪(A-B)
          即2个集合的并集减去其交集 = 2个集合互减的并集

    文氏图:

    image

    注:图1中三角形区域为 (A∩B),草绿色区域为 (A∪B),草绿色区域中扣除三角形区域后剩下的部分即为 (A∪B)-(A∩B)

         图2中三角形区域为 (B-A),草绿色区域为 (A-B),草绿色区域和三角形区域即为 (B-A)∪(A-B)

    证明:
    (A∪B)-(A∩B) = (A∪B)∩~(A∩B)
    根据De.Morgan定律:
    ~(A∩B) = ~A∪~B
    ∴(A∪B)∩~(A∩B) = (A∪B)∩(~A∪~B)
    将(A∪B)当作一个整体,利用分配律可知:
    (A∪B)∩(~A∪~B) = ((A∪B)∩~A)∪((A∪B)∩~B)
    再次利用分配律:
    ((A∪B)∩~A)∪((A∪B)∩~B) = ((A∩~A)∪(B∩~A))∪((A∩~B)∪(B∩~B))
                                        = (Φ∪(B∩~A))∪((A∩~B)∪(Φ))
                                        = (Φ∪(B∩~A))∪((A∩~B)∪(Φ))
                                        = (B∩~A)∪(A∩~B)
                                        = (B-A)∪(A-B)

    点评:此题的证明过程利用了将分式 A∪B 当作整体代入对应公式进行运算,然后利用 A∩~A= Φ 做消除运算

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