Mengenlehre


Definition


Eine Zusammenfassung von bestimmten wohlunterschiedenen Objekten unserer Anschauung oder unserem Denkens zu einem Ganzen.

Notation


Sonderzeichen: ∈, ∉, ≡, ∀, ∃, ∅, ⋂, ⋃, ⋀ , ⋁, ¬, →, ↔
https://de.wikipedia.org/wiki/Unicodeblock_Mathematische_Operatoren

a ∈ M        "A ist Element von M"

A = B <=> [∀x : x ∈ A <=> x ∈B ]

Darstellung durch Auflistung



M = {1; 2; 3; 4; 5}

Doppelte Aufzählung wird ignoriert
Die Reihenfolge ist egal

Beispiel:
M = {1; 2; 3; 8; 8} = {1; 2; 3; 3; 2; 8} = {1; 2; 3; 5}
∅ = Leere Menge

Unendliche Mengen
M = {3; 6; 9; 12; 15; 18;...}

Darstellung durch Eigenschaften



U = {x | P (x)}         M ist die Menge aller x, die das Prädikat P(x) erfüllt.
                             Impliziert ein zugrundeliegendes Universum!

M = {x ∈ U | P (x)}

P(x): x ist gerade

U = Z

M = {x ∈ Z : P(x)} = Menge der geraden Zahlen

Sei M eine Menge dann ist Pow(M) oder Pot(M) oder Sonderzeichen das wie aussieht: P(M) die Potenzmenge von M

Pot (M) = die Menge aller Teilmengen von M

Beispiel: M = {1; 2; 3}
                Pot(M) = {∅, {1}, {2}, {3}, {1; 2}, {2; 3}, {1; 3}, {1; 2; 3}, M}

Operationen auf Mengen


A, B = Mengen

Vereinigung


A  ⋃ B         "A vereinigt B"
            = {x | x ∈ A ⋁ x ∈ B }

Schnitt


A ⋂ B         "A geschnitten B"
            = {x | x ∈ A ⋀ x ∈ B }

Differenz


A \ B          "A minus B"
            = {x | x ∈ A ⋀ x ∉ B }

Komplement


_
A                "Komplement von A"
            = { x ∉ A } 

Sätze 


Absorption


x ⋁ (x ⋀ y) ≡ x

Diese Identität gilt auch automatisch für Mengen!

M ⋃ (M ⋃ N) = M

{ x | x ∈ M ⋀ x ∈ N } ≡ { x | (x ∈ M) ⋁ (x ∈ M ⋀ x ∈ N) } ≡ { x | x ∈ M} ≡ M

Negation


¬ ( x ⋀ y ) ≡ ¬ x ⋁ ¬ y
             _     _
A ⋂ B = A ⋃ B

//To be continued...

Mengen


09.10.12

A ist Teilmenge von B genau dann, wenn a ∈ A => a ∈ B
Notation: A ⊆ B, A ⊂ B 
              A ⊊ B <=> A ⊆ B ∧ A ≠ B
              
Teilmengenrelation ist transitiv
        A ⊆ B ∧ B ⊆ C => A ⊆ C
Zwei Mengen A und B heißen desjunkt
        A ∩ B = ∅ 
        
Satz: Seien A,B,C Mengen, dann gilt:
        
        A ⋃ B = B ⋃ A 
        A ∩ B = B ∩ A   Kommutativiität
        
        (A ∩ B) ∩ C = A ∩ (B ∩ C)
        (A ⋃ B) ⋃ C = A ⋃ (B ⋃ C)  Assoziativität
        
        A ∩ (B ⋃ C) = (A ∩ B) ⋃ (A ∩ C)
        A ⋃ (B ∩ C) = (A ⋃ B) ∩ (A u C)  Distributivität
        
        A ⋃ A = A
        A ∩ A = A  Idempotenz
        
        A ⋃ U = U
        A ⋂ ∅ = ∅  Dominanz
        
        A ⋃ ∅ = A
        A ⋂ U = A  Identität
        
        A ⋃ (A ⋂ B) = A
        A ⋂ (A ⋃ B) = A  Absorption
        _____    _     _
        A ⋃ B = AB
        A ⋂ B = A ⋃ B  de Morgan'sche Regel
               _
        A ⋃ A = U
        A ⋂ A = ∅  _
        //hier fehlt noch die doppelte Negation; = A
        A \ B = A ⋂ B



09.10.12 (Nachmittag)

Beispiel


Satz


 Sei M eine Menge mit n Elementen, dann ist Pot(M) (Potenzmenge) eine Menge mit 2^n Elementen.

Beweis mittels Induktion


M = ∅                Pot(M) = {∅}

M = { a }            Pot(M) = {∅, {a} }

M = {a,b}           Pot(M)=  {∅,{a},{b},{a,b}}

=> Pot(M) verdoppelt sich, wenn wir ein Element zu M hinzufügen.

M = {a,b,c}        Pot(M)  = {∅,{a},{b},{c},{a,b},{a,c},{b,c},{a,b,c}}
                                 P1  = {∅,{a},{b},{a,b}
                                 P2  = {{c},{a,c},{b,c},{a,b,c}}

Wir definieren P1 = { x ∈ Pot(M) | c  ∉ x }
                       P1 = { x ∈ Pot(M) | c  ∈ x }

Induktionsanfang: (Den haben wir vorher schon gemacht)
Induktionsvoraussetzung: Satz gilt für Mengen der Größe k.
Induktionsbehauptung: Satz gilt für Mengen der Größe (k+1).
Induktionsschluss: P1, P2 wie oben definiert
                                P1 hat 2^k viele Elemente nach Induktionsvoraussetzung
                                denn P1=Pot(M\{c})
                                Es bleibt zu zeigen P1 und P2 haben gleich viele Elemente.
                                x  ∈ P1 und sehen x ⋃ {c} ∈ P2
                                x ≠ y ∈ P1 dann gilt für x ⋃ {c} und y ⋃ {c}
                                diese beiden sind verschieden!!!

=> P2 hat mindestens so viele Elemente wie P1

//Lustige Zeichnung mit komischen Hinkelsteinen

Für jedes Element x ∈ P2 gilt, dass 
y=x\{c} ∈ P1 und es gilt natürlich y ⋃ {c} (≤ oder =) x // WTF
=> Daraus folt, dass P1 und P2 gleich viele Elemente haben
Ferner ist P1⋂P2=∅
und es gilt Pot(M) hat 2^n Elemente aus P1, 2^k Elemente aus P2 also insgesamt 2^(k+1)

Darstellung von Mengen mit Venn-Diagrammen



Gegeben eine Menge ausgedrückt  mit den üblchen Mengenoperratoren. Markieren sie die entsprechende Fläche im Venn-Diagramm.
                            _________
A ⋂ B, A ⋃ (B\C), ((A ⋃ B) ⋂ C))
 _     _
(C ⋂ A) usw.

//Bilder

Bild 1:
A ⋂ B ⋂ C
Bild 2:
A⋂B
Bild 3:
((A⋃B)\C)⋃((B⋂C)\A)
Bild4:
C\(A⋃B)
Bild5:
C⋂(A⋃B)
Bild6:
(A⋂B)⋃(C⋂(A⋃B))
Bild7                     
(A⋂C)⋃(A⋂B)⋃(B⋂C)
impliziert, dass U=A⋃B⋃C








Sonderzeichen: ∈, ∉, ≡, ∀, ∃, ∅, ⋂, ⋃, ⋀ , ⋁, ¬, →, ↔, ☇, √, ∤, |, ≥, ≤, ≠

Übungen zu Mengen


Aufgabenteil 1


Aufgabe 1
B\(A⋂B)=B\A

Aufgabe 2


A\B

Aufgabe 3


B ⋂ A

Aufgabe 4


E⋂B

Aufgabe 5


[( C ⋂ E ) \ B] ⋃ [( C ⋂ B) \ E]

Aufgabenteil 2

Aufgabe 1

:
 (A ⋂ E) = Bücher von A, die Kaminer gelesen hat.

Aufgabe 2

:
(B \ D)     = Tolkien Bücher die ein Jahr nach dem Zeitpunkt "ein Jahr nach vor dem Erscheinen von Herr der Ringe" erschienen sind.
(B ⋂  D)  = Tolkien Bücher, die mindestens ein Jahr vor dem Erscheinen von "Herr der Ringe" erschienen sind.

Aufgabe 3


(B ⋃ D) \ C = (Alle Bücher von Tolkien) und (alle Bücher, die mindestens ein Jahr vor "Herr der Ringe" erschienen sind, außer Kriminalromane)
                    = alle Bücher die von Tolkien geschrieben wurden oder ein Jahr vor "Herr der Ringe" erschienen sind. Die aber keine Kriminalromane sind.
                    
                    
                    


Übung:
A ⋃ B = {