集合知识全解析:概念、表示方法及子集真子集要点

在数学史上,有这么一个概念,难倒了一群数学家,甚至引发了第二次数学危机,这个概念就是无穷。面对这个概念,无数数学家前仆后继,虽说用极限的方法定义了无穷小量,完善了微积分理论,看似解决了第二次数学危机,可依旧没有找到一个可以描述“无穷”的工具,直到德国数学家格奥尔格·康托尔的出现

面对“无穷”这个概念,他决定创造一个工具去分析,这个工具就是集合,他对集合的定义是这样的:把若干确定的、有区别的(不论是具体的或抽象的)事物合并起来,看作一个整体,这个整体称为集合,其中各事物称为该集合的元素。他不断地完善集合论,最终使得集合论成为了现代数学的基础。

对集合有了初步的认识后,我们来看接下来的三个要点:集合的概念与分类、集合的表示方法和‬子集与真子集。

知识点一、集合及其表示方法

1.集合:把一些确定的对象的全体叫做集合(简称为集).集合通常用大写字母 A、B、C来表示.

2.元素:集合中所含的各个对象叫做该集合的元素.元素通常用小写字母a、b、c来表示.

3.元素与集合的关系

属于:如果 a是集合A的元素,就说 a属于A,记作a ∈A,

不属于:如果 a不是集合A的元素,就说 a不属于A,记作a ∉A.

4.集合的特性:

(1)确定性:按照明确的判断标准给定一个元素或者在这个集合里,或者不在,不能模棱两可.

(2)互异性:集合中的元素没有重复.

(3)无序性:集合中的元素没有一定的顺序.

5.集合的相等:如果组成两个集合A与B的元素完全相同,就称这两个集合相等,记作A=B.

6.集合的分类:

(1)有限集:含有有限个元素的集合.

(2)无限集:含有无限个元素的集合.

7.空集:我们引入空集,规定其不含任何元素,记作 ∅.

注意:{0 }和 ∅是不同的. {0}是含有一个元素0的集合, ∅是不含任何元素的集合.

8.常用数集及记法:

(1)自然数集:全体非负整数的集合,记作N.

(2)整数集:全体整数的集合,记作Z.

(3)有理数集:全体有理数的集合,记作Q.

(4)实数集:全体实数的集合,记作R.

9.集合的表示方法:

(1)列举法:把集合中的元素不重复地一一列举出来,并写在一对大括号内.

能用列举法表示的集合一般是有限集.对于一些有规律的无限集,在不会引起歧义的前提下,也可用列举法表示,例如全体正偶数组成的集合可以表示为{2,4,6,8,2n… }

(2)描述法:在一对大括号内先写出这个集合中元素的一个记号,再画一条竖线,并在竖线的右边写上集合中元素所具有的特征,即 A={x|x满足性质p}.

有些集合的元素不能无遗漏地一一列举出来,或者不便于、不需要一一列举出来,常用描述法.

10.区间:

数学中常常需要表示满足一些不等式的全部实数所组成的集合.为了方便起见,我们引进区间的概念.

来看典型例题:

数学无穷概念 集合论康托尔 集合基本概念与关系_集合的性质是什么

集合的性质是什么_数学无穷概念 集合论康托尔 集合基本概念与关系

知识点二、集合之间的关系

1.子集

集合的性质是什么_数学无穷概念 集合论康托尔 集合基本概念与关系

2.真子集

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注意‼️

(1)空集是任何集合的子集;

(2)空集是任何非空集合的真子集;

(3)任何一个集合是它本身的子集.

3.对于集合的包涵关系,有如下结论:

数学无穷概念 集合论康托尔 集合基本概念与关系_集合的性质是什么

4.子集的个数

含 个元素的集合的所有子集的个数是2^n,所有真子集的个数是 2^n-1,非空真子集数为2^n-2 .

5.易混符号

集合的性质是什么_数学无穷概念 集合论康托尔 集合基本概念与关系

6.文氏图

集合的性质是什么_数学无穷概念 集合论康托尔 集合基本概念与关系

来看典型例题

数学无穷概念 集合论康托尔 集合基本概念与关系_集合的性质是什么

以上请我集合的基本概念和集合之间的关系。其实对于集合,我们并不陌生。小学学习的加法就用到了并集的思想。对于减法,我们可以这样想:从一个整体中,去掉一部分,求剩下了多少。我们用减法计算,那个整体就可以看作全集,去掉的部分就可以看作这个全集的一个子集,剩下的部分就可以看作这个子集在该集合中的补集,所以减法其实用到了补集的思想。

我们还学过分类,这也是集合的思想。我们求几个数的公倍数和公因数,实质上就相当于集合交集的运算。初中的时候我们学习了有理数、实数等概念,只要引入数集的概念,就可以出现有理数集、实数集等等。我们求一个不等式或不等式组的解集,这个解集也用到了集合的知识。

回到平面几何,我们就会发现,完全可以用集合来定义其中的一些概念,比如到线段两端点距离相等的点的集合就是线段的垂直平分线,平面内到定点的距离等于定长的点的集合叫做圆等等。

当然,康托尔的集合论也并非完美无缺,在康托尔去世之后,人们对于集合论的研究并未停止,现在,集合作为数学的一个基本分支,其基本概念已经渗透到数学的所有领域。如果把现代数学比作一座无比辉煌的大厦,那么可以说集合论正是构成这座大厦的基石,它的创始人康托尔也因此被誉为对20世纪数学发展影响最深的学者之一。

再之后,在众多质疑康托尔提出的集合论的数学家中,有一位叫罗素的数学家,他提出了一个直接引发第三次数学危机的问题,感兴趣的同学们可以继续探讨。

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