Mulțimile sunt unul dintre cele mai fundamentale concepte din matematică, folosite pentru a grupa obiecte care au anumite caracteristici comune. Acestea pot fi elemente numerice, literale sau orice alt tip de obiecte bine definite.
Cardinalul unei mulțimi
Cardinalul unei mulțimi, notat cu card(A), reprezintă numărul total de elemente din acea mulțime.
Exemple:
A = {-3, 4, 8, 10} Cardinalul: card(A) = 4.
B = {x ∈ ℤ | |x| ≤ 2} Cardinalul: card(B) = 5, deoarece B = {-2, -1, 0, 1, 2}.
C = {x ∈ ℕ | x < 5} Cardinalul: card(C) = 5, unde C = {0, 1, 2, 3, 4}.
Operații cu mulțimi
Reuniunea (∪)
Reuniunea a două mulțimi include toate elementele distincte din cele două mulțimi.
Exemplu: Dacă A = {1, 2, 3} și B = {1, 3, 5}, atunci: A ∪ B = {1, 2, 3, 5}.
Intersecția (∩)
Intersecția a două mulțimi include elementele comune celor două mulțimi.
Exemplu: Dacă A = {1, 2, 3} și B = {1, 3, 5}, atunci: A ∩ B = {1, 3}.
Diferența (∖)
Diferența între două mulțimi include elementele care se află doar în prima mulțime, dar nu și în a doua.
Exemplu: Dacă A = {1, 2, 3} și B = {1, 3, 5}, atunci: A ∖ B = {2}. B ∖ A = {5}.
Mulțimi de numere
ℕ (Numere naturale): ℕ = {0, 1, 2, 3, …}
ℤ (Numere întregi): ℤ = {…, -2, -1, 0, 1, 2, …}
ℚ (Numere raționale): Numere care pot fi scrise sub forma a/b, unde a, b ∈ ℤ și b ≠ 0. Ex: 1/2, -3, 0, 2.5.
ℝ (Numere reale): Include toate numerele raționale și iraționale (ex. √2, π).
Exerciții
1
Fie \( A = \{ x \in \mathbb{Z} \mid |x| < 3 \}, B = \{-4; -2; 0; 5; 6\}, C = \{0; 1; 2; 3\} \). Să se determine:
a) \( A \cup B \)
b) \( A \cap C \)
c) \( B \setminus C \)
d) \( A \setminus C \)
e) \( C \setminus (A \cap B) \)
f) \( B \cap C \)
g) \( C \cup A \)
Răspuns: a) \( A \cup B = \{-4; -2; -1; 0; 1; 2; 5; 6\} \) b) \( A \cap C = \{0; 1; 2\} \) c) \( B \setminus C = \{-4; -2; 5; 6\} \) d) \( A \setminus C = \{-2; -1\} \) e) \( C \setminus (A \cap B) = \{1; 2; 3\} \) f) \( B \cap C = \{0\} \) g) \( C \cup A = \{-2; -1; 0; 1; 2; 3\} \)
2
Fie \( \displaystyle A = \{-3; -1; 0; 1; \frac{5}{3}; 7; \sqrt{30}; 16; 2\} \). Să se calculeze:
a) \( A \cap \mathbb{N} \)
b) \( A \cap \mathbb{Z} \)
c) \( A \cap \mathbb{Q} \)
Răspuns: a) \( A \cap \mathbb{N} = \{0; 1; 2; 7; 16\} \) b) \( A \cap \mathbb{Z} = \{-3; -1; 0; 1; 2; 7; 16\} \) c) \( A \cap \mathbb{Q} = \{-3; -1; 0; 1; \frac{5}{3}; 2; 7; 16\} \)
3
Să se calculeze \( A \setminus \mathbb{Z} \), dacă \(\displaystyle A = \{6; -\frac{10}{2}; \frac{10}{3}\} \).
Răspuns: \( A \setminus \mathbb{Z} = \left\{\frac{10}{3}\right\} \)
4
Să se determine \( \text{card}(B \cap \mathbb{N}) \), știind că \( B = \{ x \in \mathbb{Z} \mid |x| < 4 \} \).
Răspuns: \( \text{card}(B \cap \mathbb{N}) = 4 \)
5
Să se calculeze \( \text{card}(A \cap \mathbb{Z}) \), dacă \( \displaystyle A = \left\{-\frac{20}{4}; -\frac{9}{5}; 17; \frac{18}{9}; 4; \frac{23}{6}\right\} \).
Răspuns: \( \text{card}(A \cap \mathbb{Z}) = 4 \)
6
Să se determine \( \displaystyle A \cap \left[-3, \frac{5}{2}\right] \), dacă \( A = \{-1; 1; 3\} \).
Să se calculeze \( \text{card}(B \cap C) \), știind că \( \displaystyle B = \left\{\frac{1}{6}, 2, 4\right\} \) și \( C = (0; 4) \)
Răspuns: \( \text{card}(B \cap C) = 2 \)
Răspunsuri
1
a) \( A \cup B = \{-4; -2; -1; 0; 1; 2; 5; 6\} \) b) \( A \cap C = \{0; 1; 2\} \) c) \( B \setminus C = \{-4; -2; 5; 6\} \) d) \( A \setminus C = \{-2; -1\} \) e) \( C \setminus (A \cap B) = \{1; 2; 3\} \) f) \( B \cap C = \{0\} \) g) \( C \cup A = \{-2; -1; 0; 1; 2; 3\} \)
2
a) \( A \cap \mathbb{N} = \{0; 1; 2; 7; 16\} \) b) \( A \cap \mathbb{Z} = \{-3; -1; 0; 1; 2; 7; 16\} \) c) \( A \cap \mathbb{Q} = \{-3; -1; 0; 1; \frac{5}{3}; 2; 7; 16\} \)
3
\( A \setminus \mathbb{Z} = \left\{\frac{10}{3}\right\} \)
4
\( \text{card}(B \cap \mathbb{N}) = 4 \)
5
\( \text{card}(A \cap \mathbb{Z}) = 4 \)
6
\( \displaystyle A \cap \left[-3, \frac{5}{2}\right] = \{-1; 1\} \)
7
\( \text{card}(B \cap C) = 2 \)
Rezolvări
1
Mai întâi determinăm mulțimea A. Condiția \( |x| < 3 \) cu \( x \in \mathbb{Z} \) înseamnă \( -3 < x < 3 \), deci:
\( A = \{-2; -1; 0; 1; 2\} \)
a) Reuniunea conține toate elementele distincte din A și B: \( A \cup B = \{-4; -2; -1; 0; 1; 2; 5; 6\} \)
b) Intersecția conține elementele comune lui A și C: \( A \cap C = \{0; 1; 2\} \)
c) Diferența B \ C conține elementele din B care nu se află în C: \( B \setminus C = \{-4; -2; 5; 6\} \)
d) Diferența A \ C conține elementele din A care nu se află în C: \( A \setminus C = \{-2; -1\} \)
e) Calculăm mai întâi \( A \cap B = \{-2; 0\} \), apoi elementele din C care nu se află în \( A \cap B \): \( C \setminus (A \cap B) = \{1; 2; 3\} \)
f) Elementele comune lui B și C: \( B \cap C = \{0\} \)
g) Reuniunea conține toate elementele distincte din C și A: \( C \cup A = \{-2; -1; 0; 1; 2; 3\} \)
a) Reținem doar elementele care sunt numere naturale (întregi nenegative): \( A \cap \mathbb{N} = \{0; 1; 2; 7; 16\} \)
b) Reținem elementele care sunt numere întregi: \( A \cap \mathbb{Z} = \{-3; -1; 0; 1; 2; 7; 16\} \)
c) Reținem elementele care sunt numere raționale (\( \sqrt{30} \) este irațional, deci îl excludem): \( A \cap \mathbb{Q} = \left\{-3; -1; 0; 1; \frac{5}{3}; 2; 7; 16\right\} \)