Jeroen's Studie Archief
Bewijzen in de wiskunde 11 september 2024

Verzamelingenleer

Een verzameling is een collectie van objecten, die elementen heten. Verzamelingen worden vaak genoteerd met hoofdletters, elementen vaak met kleine letters. De elementen van verzamelingen kunnen zelf ook verzamelingen zijn.

Als aa een element is van AA, noteren we aAa \in A. Anders aAa \notin A.

De cardinaliteit van een verzameling AA is het aantal elementen van AA, notatie A|A|. Zo geldt bijvoorbeeld {2,4,6,8}=4|\{2,4,6,8\}|=4.

De lege verzameling, notatie \emptyset, is de verzameling die geen elementen bevat: ={}\emptyset = \{\}.

Notatie

Een verzameling AA kan op verschillende manieren genoteerd worden (dit is telkens dezelfde verzameling):

  1. Opsomming: A={2,4,6,8,10,12,14,16,18,20}A=\{2,4,6,8,10,12,14,16,18,20\}
  2. Puntjes: A={2,4,6,...,20}A=\{2,4,6,...,20\}
  3. Bewering: A={2x:xZ1x10}A=\{2x : x \in \Z \land 1 \leq x \leq 10\}

Van verzamelingen maken de volgorde en dubbele elementen niet uit. Zo is 1,2,3=1,3,2=1,2,1,3,1{1,2,3} = {1,3,2} = {1,2,1,3,1}.

Deelverzamelingen

Een verzameling AA is een deelverzameling van verzameling BB als alle elementen van AA ook elementen zijn van BB, notatie ABA \subseteq B.

Stelling

Als ABA \subseteq B en BCB \subseteq C, dan ACA \subseteq C.

Twee verzamelingen AA en BB zijn gelijk, notatie A=BA=B, als AA en BB precies dezelfde elementen hebben, oftewel AB A \subseteq B en BA B \subseteq A .

De verzameling AA is een strikte deelverzameling van BB als ABA \subseteq B en ABA \neq B. Dit noteer je als ABA \subset B.

Machtsverzameling

De machtsverzameling van AA, notatie P(A)\mathcal P(A), is de verzameling van alle deelverzamelingen van AA. Dus P(A)={B:BA}\mathcal P(A) = \{B : B \subseteq A\}.

Voorbeeld

De machtsverzameling van A={1,2}A=\{1,2\} is gelijk aan:

P(A)={,{1},{2},{1,2}} \mathcal P(A) = \{\emptyset, \{1\}, \{2\}, \{1,2\} \}

Er geldt: P(A)=2A|\mathcal P(A)|=2^{|A|}.

Operaties

Op twee verzamelingen AA en BB kun je operaties uitvoeren.

Vereniging

De vereniging van AA en BB, notatie ABA \cup B, bevat alle elementen die in AA of in BB zitten (inclusief).

AB={x:xAxB} A \cup B = \{x : x \in A \lor x \in B\}

Doorsnede

De doorsnede van AA en BB, notatie ABA \cap B, bevat alle elementen die in AA en in BB zitten.

AB={x:xAxB} A \cap B = \{x : x \in A \land x \in B\}

Verzamelingen AA en BB heten disjunct als AB=A \cap B = \emptyset.

Verschil

Het verschil van AA en BB, notatie A\BA \backslash B, bevat alle elementen die wel in AA zitten, maar niet in BB.

A\B={x:xAxB} A \backslash B = \{x : x \in A \land x \notin B\}

Er geldt: ABAB A \cap B \subseteq A \cup B .

Complement

De universele verzameling, notatie UU, is de verzameling waar alle verzamelingen (van interesse) deelverzameling van zijn.

Het complement van AA, notatie A\overline A, bevat alle elementen die wel in UU zitten, maar niet in AA.

A={x:xUxA} \overline A = \{x : x \in U \land x \notin A\}

Er geldt: A=A \overline{\overline A} = A en AB=A\B A \cap \overline B = A \backslash B .

Voorbeeld

Voorbeeld

Gegeven zijn verzamelingen A={2,5,7,8}A=\{2,5,7,8\}, B={1,3,5,7}B=\{1,3,5,7\} en U={1,2,...,10}U=\{1,2,...,10\}. Nu geldt:

AB={1,2,3,5,7,8} A \cup B = \{1,2,3,5,7,8\} AB={5,7} A \cap B = \{5,7\} A\B={2,8} A \backslash B = \{2,8\} A={1,3,4,6,9,10} \overline A = \{1,3,4,6,9,10\}

Carthesisch product

Een geordend paar van xx en yy, notatie (x,y)(x,y), is een "gesorteerde verzameling". Er geldt namelijk: (a,b)=(c,d)    (a=cb=d)(a,b)=(c,d) \iff (a=c \land b=d).

Het carthesisch product van verzamelingen AA en BB, notatie A×BA \times B, is de verzameling met alle geordende paren van AA en BB:

A×B={(a,b):aAbB} A \times B = \{(a,b) : a \in A \land b \in B\}

Voorbeeld

Gegeven zijn de verzamelingen A={x,y}A=\{x,y\} en B={1,2,3}B=\{1,2,3\}.

A×B={(x,1),(x,2),(x,3),(y,1),(y,2),(y,3)} A \times B = \{(x,1),(x,2),(x,3),(y,1),(y,2),(y,3)\}

Er geldt: A×B=AB|A \times B| = |A| \cdot |B|.

Geïndiceerde verzamelingen

De vereniging van verzamelingen A1,A2,...,AnA_1,A_2,...,A_n wordt genoteerd als notatie A1A2...AnA_1 \cup A_2 \cup ... \cup A_n, of:

i=1nAi={x:xAi voor een i waarvoor 1in} \bigcup^n_{i=1} A_i = \{x : x \in A_i \text{ voor een } i \text{ waarvoor } 1 \leq i \leq n\}

De doorsnede van verzamelingen A1,A2,...,AnA_1,A_2,...,A_n wordt genoteerd als notatie A1A2...AnA_1 \cap A_2 \cap ... \cap A_n, of:

i=1nAi={x:xAi voor elke i waarvoor 1in} \bigcap^n_{i=1} A_i = \{x : x \in A_i \text{ voor elke } i \text{ waarvoor } 1 \leq i \leq n\}

Voorbeeld

Gegeven zijn de verzamelingen B1={1,2},B2={2,3},...,B9={9,10}B_1=\{1,2\}, B_2=\{2,3\}, ..., B_9=\{9,10\}. Dan geldt:

i=19Bi=B1B2...B9={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10} \bigcup^9_{i=1} B_i = B_1 \cup B_2 \cup ... \cup B_9 = \{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10\}

i=19Bi=B1B2...B9= \bigcap^9_{i=1} B_i = B_1 \cap B_2 \cap ... \cap B_9 = \emptyset

Indexverzameling

We nemen een indexverzameling II en we nemen aan dat SαS_{\alpha} een verzameling is voor elke αI\alpha\in I, notatie {Sα}αI \{S_\alpha\}_{\alpha\in I} .

Nu is de vereniging αIS<em>α={x:xS</em>α voor een αI} \bigcup_{\alpha \in I} S<em>\alpha = \{x : x \in S</em>\alpha \text{ voor een } \alpha \in I\} .

En de doorsnede is αIS<em>α={x:xS</em>α voor iedere αI} \bigcap_{\alpha \in I} S<em>\alpha = \{x : x \in S</em>\alpha \text{ voor iedere } \alpha \in I\} .

Voorbeeld

Voor nN\{0}n \in \N \backslash \{0\}, gegeven is de verzameling An=[1n,1n]A_n = [-\frac 1n, \frac 1n]. Dan

nN\{0}An=A1A2...An=[1,1][12,12]...[1n,1n]=[1,1] \bigcup_{n \in \N \backslash \{0\}} A_n = A_1 \cup A_2 \cup ... \cup A_n = [-1,1]\cup[-\tfrac12, \tfrac12]\cup ... \cup[-\tfrac1n, \tfrac1n] = [-1,1]

nN\{0}An=A1A2...An=[1,1][12,12]...[1n,1n]={0} \bigcap_{n \in \N \backslash \{0\}} A_n = A_1 \cap A_2 \cap ... \cap A_n = [-1,1]\cap[-\tfrac12, \tfrac12]\cap ... \cap[-\tfrac1n, \tfrac1n] = \{0\}

Partities

Laat SS een verzameling met deelverzamelingen van AA zijn, ofwel SP(A)S \subseteq \mathcal P(A). Dan is SS paarsgewijs disjunct precies als xy=x \cap y = \emptyset voor alle x,ySx,y \in S met xyx \neq y.

Voorbeeld

Gegeven zijn A={1,2,...,7}A=\{1,2,...,7\}, B={1,6}B=\{1,6\}, C={2,5}C=\{2,5\}, D={4,7}D=\{4,7\}. Omdat B,C,DAB,C,D \subseteq A, geldt dat S={B,C,D}P(A)S=\{B,C,D\} \subseteq \mathcal P(A).

Omdat BC=B \cap C = \emptyset, BD=B \cap D = \emptyset en CD=C \cap D = \emptyset, geldt dat SS paarsgewijs disjunct is.

Een partitie van een verzameling AA is een verzameling SS met deelverzamelingen van AA waarvoor geldt:

  1. S \emptyset \notin S
  2. Voor elke x,ySx,y \in S met xyx \neq y geldt xy=x \cap y = \emptyset (SS is paarsgewijs disjunct)
  3. xSx=A \bigcup_{x \in S} x = A

Voorbeeld

Gegeven is A={1,2,3,4,5,6}A=\{1,2,3,4,5,6\}.

De verzameling S1={{1,3,6},{2,4},{5}}S_1=\{ \{1,3,6\}, \{2,4\}, \{5\} \} is een partitie van AA.

De verzameling S2={{1,2,3},{4},,{5,6}}S_2=\{ \{1,2,3\}, \{4\}, \emptyset, \{5,6\} \} is geen partitie van AA, omdat het niet voldoet aan eis (1).

De verzameling S3={{1,2},{3,4,5},{5,6}}S_3=\{ \{1,2\}, \{3,4,5\}, \{5,6\} \} is geen partitie van AA, omdat het niet voldoet aan eis (2).

De verzameling S4={{1,4},{3,5},{2}}S_4=\{ \{1,4\}, \{3,5\}, \{2\} \} is geen partitie van AA, omdat het niet voldoet aan eis (3).

De verzameling S5={{1,4},{2,5},{3},{6}}S_5=\{ \{1,4\}, \{2,5\}, \{3\}, \{6\} \} is een partitie van AA.

Gemaakt door Jeroen van Rensen.