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集合・ベン図・ド・モルガンの法則

集合の記号をベン図と具体的な要素へ結び付け、共通部分・和集合・補集合を正しく読み取ります。

この教材でできるようになること

  • 要素と部分集合の記号を区別できる

  • 共通部分・和集合・補集合をベン図から読み取れる

  • ド・モルガンの法則を「または」「かつ」の否定として使える

1

まず「どの範囲を選ぶか」をベン図で見る

集合は、共通する条件を満たすものをひとまとめにしたものです。全体集合 UU の中に集合 A,BA,B があるとき、重なった部分が 共通部分 A∩BA\cap B、2つの円を合わせた部分が 和集合 A∪BA\cup B です。

グラフを読み込み中…

全体集合Uの中で、AとBの重なりである共通部分、2つの円全体である和集合、Aの円の外側である補集合を3つの図で比較している。

2

要素と集合の記号を使い分ける

記号

読み方

意味

x∈Ax\in A

xx は AA の要素

1つの値 xx が集合 AA に入っている

A⊂BA\subset B

AA は BB の部分集合

AA のすべての要素が BB に入っている

A∩BA\cap B

AA と BB の共通部分

AA と BB の両方に入る

A∪BA\cup B

AA と BB の和集合

AA または BB の少なくとも一方に入る

A‾\overline{A}

AA の補集合

全体集合の中で AA に入らない

∅\varnothing

空集合

要素を1つも持たない集合

3

2つの集合を数えるときは重なりを1回戻す

  1. 1

    40人のうち、英語が得意な人が24人、数学が得意な人が18人、両方が得意な人が10人います。まず、両方の10人を中央へ置いてから「英語だけ」「数学だけ」を求めます。

    グラフを読み込み中…

    40人を、英語だけ14人、英語と数学の両方10人、数学だけ8人、どちらも得意でない8人の4領域に分けたベン図。

  2. 2

    24+1824+18 では両方が得意な10人を2回数えているので、重なりを1回引きます。

    n(A∪B)=n(A)+n(B)−n(A∩B)n(A\cup B)=n(A)+n(B)-n(A\cap B)

  3. 3

    少なくとも一方が得意な人は32人です。

    24+18−10=3224+18-10=32

  4. 4

    どちらも得意でない人は、全体40人から和集合の32人を引いて8人です。

    40−32=840-32=8

4

全体を否定すると「または」と「かつ」が入れ替わる

A∪B‾=A‾∩B‾,A∩B‾=A‾∪B‾\overline{A\cup B}=\overline A\cap\overline B,\qquad \overline{A\cap B}=\overline A\cup\overline B

元の条件

その否定

AA または BB に入る

AA にも BB にも入らない

AA と BB の両方に入る

AA または BB の少なくとも一方に入らない

5

要素を書き出して集合を判断する

全体集合を U={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}U=\{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10\}、AA を偶数の集合、BB を3の倍数の集合とします。該当する集合を選んでください。

U={1,2,…,10},A∩B=?A∪B‾=?U=\{1,2,\ldots,10\},\qquad A\cap B=?\qquad \overline{A\cup B}=?

A∩BA\cap B
A∪B‾\overline{A\cup B}
6

条件を1つ変えて、前の集合Aを再利用する

前問の全体集合 U={1,2,…,10}U=\{1,2,\ldots,10\} と偶数の集合 AA はそのままに、BB だけを「5の倍数」に変えます。新しい A∩BA\cap B を選んでください。

A={2,4,6,8,10},B={5,10}A=\{2,4,6,8,10\},\qquad B=\{5,10\}

A∩BA\cap B
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集合とベン図の振り返り

  • ∩\cap は両方、∪\cup は少なくとも一方、上線は全体集合における否定

  • ∅\varnothing は要素を1つも持たない空集合

  • 要素と集合には ∈\in、集合どうしの包含には ⊂\subset を使う

  • 和集合の個数は重複を1回引いて n(A∪B)=n(A)+n(B)−n(A∩B)n(A\cup B)=n(A)+n(B)-n(A\cap B)

  • ド・モルガンの法則では、上線を外すとき ∪\cup と ∩\cap を入れ替える

仕上げ

確認問題

確認問題に合格するとこの単元を完了します。

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