离散数学屈婉玲第六章ppt课件.ppt
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1、“雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。1主要内容主要内容l 集合的基本概念集合的基本概念 属于、包含属于、包含 幂集、空集幂集、空集 文氏图等文氏图等l 集合的基本运算集合的基本运算 并、交、补、差等并、交、补、差等l 集合恒等式集合恒等式 集合运算的算律、恒等式的证明方法集合运算的算律、恒等式的证明方法 第二部分第二部分 集合论集合论第六章第六章 集合代数集合代数“雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基
2、础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。26.1 集合的基本概念集合的基本概念1. 集合定义集合定义 集合没有精确的数学定义集合没有精确的数学定义 理解:由离散个体构成的整体称为理解:由离散个体构成的整体称为集合集合,称这些个体为集,称这些个体为集 合的合的元素元素 常见的数集:常见的数集:N, Z, Q, R, C 等分别表示自然数、整数、有等分别表示自然数、整数、有 理数、实数、复数集合理数、实数、复数集合2. 集合表示法集合表示法 枚举法枚举法-通过列出全体元素来表示集合通过列出全体元素来表示集合 谓词表示法谓词表示法-通过谓词概括集合元素的性质通过谓词概括集合元素
3、的性质 实例:实例: 枚举法枚举法 自然数集合自然数集合 N=0,1,2,3, 谓词法谓词法 S= x | x是实数,是实数,x2 1=0 “雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。3元素与集合元素与集合1. 集合的元素具有的性质集合的元素具有的性质 无序性:元素列出的顺序无关无序性:元素列出的顺序无关 相异性:集合的每个元素只计相异性:集合的每个元素只计 数一次数一次 确定性:对任何元素和集合都确定性:对任何元素和集合都 能确定这个元素是否能确定这个元素是否 为该集合的
4、元素为该集合的元素 任意性:集合的元素也可以是任意性:集合的元素也可以是 集合集合2元素与集合的关系元素与集合的关系 隶属关系:隶属关系: 或者或者 3集合的树型层次结构集合的树型层次结构 A= a, b, b, d d A , a A“雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。4集合与集合集合与集合集合与集合之间的关系:集合与集合之间的关系: , =, , , , 定义定义6.1 A B x ( x A x B )定义定义6.2 A = B A B B A定义定义6.3
5、A B A B A B A B x ( x A x B ) 思考:思考: 和和 的定义的定义 注意注意 和和 是不同层次的问题是不同层次的问题“雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。5空集、全集和幂集空集、全集和幂集1定义定义6.4 空集空集 :不含有任何元素的集合:不含有任何元素的集合 实例:实例: x | x R x2+1=0 定理定理6.1 空集是任何集合的子集。空集是任何集合的子集。 证证 对于任意集合对于任意集合A, A x (xx A) T (恒真命题恒真命
6、题) 推论推论 是惟一的是惟一的3. 定义定义6.6 全集全集 E:包含了所有集合的集合:包含了所有集合的集合 全集具有相对性:与问题有关,不存在绝对的全集全集具有相对性:与问题有关,不存在绝对的全集2. 定义定义6.5 幂集幂集:P(A)= x | x A 实例:实例:P()=, P()=, 计数:如果计数:如果 |A|=n,则,则 |P(A)|=2n.“雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。66.2 集合的运算集合的运算初级运算初级运算集合的基本运算有集合的基本运算
7、有定义定义6.7 并并 A B = x | x A x B 交交 A B = x | x A x B 相对补相对补 A B = x | x A x B定义定义6.8 对称差对称差 A B = (A B) (B A) 定义定义6.9 绝对补绝对补 A = E A l 并和交运算可以推广到有穷个集合上,即并和交运算可以推广到有穷个集合上,即A1 A2 An = x | x A1 x A2 x An A1 A2 An = x | x A1 x A2 x An“雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“
8、群众性治安防控工程”。7广义运算广义运算1. 集合的广义并与广义交集合的广义并与广义交 定义定义6.10 广义并广义并 A = x | z ( z A x z )定义定义6.11 广义交广义交 A= x | z ( z A x z ) 实例实例 1, 1,2, 1,2,3=1,2,3 1, 1,2, 1,2,3=1 a=a, a=a a=a, a=a“雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。8关于广义运算的说明关于广义运算的说明2. 广义运算的性质广义运算的性质 (1)
9、=,无意义无意义 (2) 单元集单元集x的广义并和广义交都等于的广义并和广义交都等于x (3) 广义运算减少集合的层次(括弧减少一层)广义运算减少集合的层次(括弧减少一层) (4) 广义运算的计算:一般情况下可以转变成初级运算广义运算的计算:一般情况下可以转变成初级运算 A1, A2, , An=A1 A2 An A1, A2, , An=A1 A2 An 3. 引入广义运算的意义引入广义运算的意义 可以表示无数个集合的并、交运算,例如可以表示无数个集合的并、交运算,例如 x | x R=R 这里的这里的 R 代表实数集合代表实数集合. “雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心
10、为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。9运算的优先权规定运算的优先权规定1 类运算:初级运算类运算:初级运算 , , , , 优先顺序由括号确定优先顺序由括号确定2 类运算:广义运算和类运算:广义运算和 运算,运算, 运算由右向左进行运算由右向左进行混合运算:混合运算:2 类运算优先于类运算优先于1 类运算类运算例例1 A=a,a,b,计算,计算A (AA). 解:解: A (AA) = a,b ( a,ba) = (a b) (a b) a) = (a b) (b a) = b“雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)
11、三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。10文氏图文氏图ABABABABABA BA BABA BA6.3 有穷集合元素的计数有穷集合元素的计数“雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。11方法一:文氏图方法一:文氏图例例2 求求1到到1000之间(包含之间(包含1和和1000在内)既不能被在内)既不能被5和和6整整除,也不能被除,也不能被8整除的数有多少个?整除的数有多少个?解解 定义以下
12、集合:定义以下集合: S= x | x Z 1 x 1000 A= x | x S x可被可被5整除整除 B= x | x S x可被可被6整除整除 C= x | x S x可被可被8整除整除 画出文氏图,填入相应数字,得画出文氏图,填入相应数字,得 N=1000(200+100+33+67) =600“雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。12方法二:包含排斥原理方法二:包含排斥原理定理定理6.2 设集合设集合S上定义了上定义了n条性质,其中具有第条性质,其中具有第
13、i 条性质的条性质的元素构成子集元素构成子集Ai, 那么集合中不具有任何性质的元素数为那么集合中不具有任何性质的元素数为 |.|) 1(.|.|2111121nnnkjikjnjijiniinAAAAAAAAASAAAi 推论推论 S中至少具有一条性质的元素数为中至少具有一条性质的元素数为|)1(|21111121nmnkjikjinjijiniinAAAAAAAAAAAA “雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。13实例实例方法二方法二 |S| = 1000 |A|=
14、 1000/5 =200, |B|= 1000/6 =166, |C|= 1000/8 =125 |A B| = 1000/lcm(5,6) = 1000/33 = 33 |A C| = 1000/lcm(5,8) = 1000/40 = 25 |B C| = 1000/lcm(6,8) = 1000/24 = 41 |A B C| = 1000/lcm(5,6,8) = 1000/120 = 8 = 1000 (200+166+125)+(33+25+41) 8 = 600 |CBA “雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、
15、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。14欧拉函数欧拉函数例例3 求欧拉函数的值求欧拉函数的值. 欧拉函数欧拉函数 (n)表示表示0,1,n 1中与中与n互素的数的个数互素的数的个数. (12)=4,与,与12互素的数有互素的数有1, 5, 7, 11. (1)=1. 给定正整数给定正整数n, 为为n的素因子分解式,令的素因子分解式,令 Ai= x | 0 xn 1且且 pi 整除整除 x , kkpppn .2121 |.|)(21kAAAn .1,|., 21,|njippnAAkipnAjijiii “雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、
16、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。15欧拉函数(续)欧拉函数(续)与与60互素的正整数有互素的正整数有16个:个:1, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29, 31, 37, 41, 43, 47, 49, 53, 59. )11).(11)(11(.)1(.).().(|.|)(2121131212121kkkkkkkpppnpppnppnppnppnpnpnpnnAAAn 1654322160)511)(311)(211(60)60( 实例:实例:“雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台
17、、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。16错位排列计数错位排列计数例例4 错位排列:错位排列:排列排列 i1 i2 in,满足,满足 ij j, j = 1, 2, , n. 错位排列数错位排列数S为为1, 2, , n排列的集合,排列的集合,Pi是是 i 处在排列处在排列 第第i 位的性质,位的性质,Ai是是S中具有性质中具有性质Pi的排列的集合,的排列的集合,i=1, 2, , n. |S|=n!, |Ai|=(n 1)! i=1,2,n |Ai Aj|=(n 2)! 1 ij n |A1 A2 An|=0!=1!1)1(.!
18、21! 111!nnDnn !1)1(.!21! 111!0)1(.)!2()!1(!|.|2121nnCnCnCnAAADnnnnnnnn “雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。176.4 集合恒等式集合恒等式集合算律集合算律1只涉及一个运算的算律:只涉及一个运算的算律: 交换律交换律、结合律结合律、幂等律幂等律 交换交换A B=B AA B=B AA B=B A结合结合(A B) C=A (B C)(A B) C=A (B C)(A B) C=A (B C)幂等幂
19、等A A=AA A=A“雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。18集合算律集合算律 2涉及两个不同运算的算律:涉及两个不同运算的算律: 分配律、吸收律分配律、吸收律 与与 与与 分配分配A (B C)=(A B) (A C)A (B C)=(A B) (A C)A (B C)=(A B) (A C)吸收吸收A (A B)=AA (A B)=A“雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网
20、应用为重点的“群众性治安防控工程”。19集合算律集合算律3涉及补运算的算律:涉及补运算的算律: DM律律,双重否定律双重否定律 D.M律律A (B C)=(A B) (A C)A (B C)=(A B) (A C) (B C)= BC (B C)= BC双重否定双重否定A=A“雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。20集合算律集合算律4涉及全集和空集的算律:涉及全集和空集的算律: 补元律补元律、零律零律、同一律同一律、否定律否定律E补元律、排中律补元律、排中律AA=AA
21、=E零律零律A=A E=E同一律同一律A=AA E=A否定律否定律 =E E=“雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。21集合证明题集合证明题证明方法:命题演算法、等式置换法证明方法:命题演算法、等式置换法命题演算证明法的书写规范命题演算证明法的书写规范 (以下的以下的X和和Y代表集合公式代表集合公式)(1) 证证X Y 任取任取x, x X x Y (2) 证证X=Y 方法一方法一 分别证明分别证明 X Y 和和 Y X 方法二方法二 任取任取x,x X x Y注意:
22、在使用方法二的格式时,必须保证每步推理都是充注意:在使用方法二的格式时,必须保证每步推理都是充分必要的分必要的“雪亮工程是以区(县)、乡(镇)、村(社区)三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。22集合等式的证明集合等式的证明方法一:命题演算法方法一:命题演算法例例5 证明证明A (A B) = A (吸收律)(吸收律)证证 任取任取x, x A (A B) x A x A B x A (x A x B) x A 因此得因此得 A (A B) = A.例例6 证明证明 A B = AB证证 任取任取x, x A
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