Песни о Паскале

Слово «множество» намекает на большое количество чего-либо. Чего именно? А все равно! Множества придумали математики, а им безразлично, что считать. Так подать сюда математика, и пусть ответит за всех! Скоро явился математик, взял два кружочка – черный и белый – и, протерев свои толстые очки, стал объяснять. Вот суть его речи.

Рис. 80 – Множества точек черного (B) и белого (W) кругов

Вы полагаете, что это кружочки? Нет, друзья, это два множества точек, – одно принадлежит черному кругу, другое – белому. Обозначим первое из них латинской буквой B (от Black – «черный»), а второе буквой W (от White – «белый»). Итак, черные и белые точки этих кружков назовём элементами множеств. Сколько там этих точек? Доказано, что бесконечно много, но к свойствам множеств это не имеет отношения. Что же это за свойства?

Добавление к множеству существующих элементов

Покройте черный круг таким же или меньшим черным кругом, или почеркайте его углем, – заметите разницу? Если на белый круг наложить такой же, или почеркать его мелом, – тоже не увидите изменений. Значит, множество не изменится при добавлении к нему элементов, уже входящих в это множество. На языке математики это свойство выразится так:

B + B = B

или так:

W + W + W = W

Не правда ли, странная арифметика?

Объединение множеств

Продолжим наши мысленные опыты и перекрасим оба круга в серый цвет. Будем считать их теперь одной фигурой, разорванной на части.

Рис. 81 – Объединение непересекающихся множеств G = B + W

Так мы получили новое множество, представляющее сумму или объединение двух предыдущих. Обозначим это новое множество буквой G (от Gray – «серый») и выразим то, что сделали, формулой.

G = B + W

Очевидно, что число точек во вновь образованном множестве равно их сумме в двух исходных. Пока в этом нет ничего интересного, – ведь исходные множества B и W, как говорят математики, не пересекаются. Сблизим круги так, чтобы добиться их частичного перекрытия (рис. 82).

Рис.82 – Объединение пересекающихся множеств G < B + W

Теперь количество точек в объединенном множестве будет меньше, чем в двух исходных по отдельности.

G < B + W

В общем случае при объединении множеств (как пересекающихся, так и не пересекающихся) соблюдается правило.

G ≤ B + W

Пересечение множеств

Иногда математиков (и не только их) интересует область пересечения множеств, отметим её серым цветом (рис. 83).

Рис.83 – Пересечение множеств G = B * W

Операцию пересечения множеств обозначают знаком умножения.

G = B • W

Количество точек в пересечении, как понимаете, не может быть больше, чем в любом из исходных множеств B и W. Для этого случая справедливо утверждение: пересечение множеств не больше любого из них.

B • W ≤ B и B • W ≤ W

Вычитание множеств

О солнечных и лунных затмениях слышали все, а кто-то и наблюдал их. Для математика это зримые примеры вычитания множеств; взгляните на рис. 84 – чем не затмения? Серую область можно трактовать как результат вычитания одного круга из другого. На левом рисунке белый круг «отгрыз» часть черного, превратив его в серую область, а на правом – наоборот. Подобающие этим случаям формулы будут таковы.

G = B – W или G = W – B

Рис.84 – Вычитание множеств

А если вычитаемый круг окажется больше того, из которого вычитают, и полностью поглотит его? В алгебре разность получится отрицательной, а здесь? Ничего подобного! При вычитании большего множества из меньшего или равного ему получается пустое множество, оно обозначается символом Ø. Из пустого множества тоже можно вычитать, и результатом опять будет пустое множество.

(B – B) – B = Ø

(Ø – W) – B = Ø

Вот такими интересными свойствами обладают множества!

Подмножества и надмножества

На рис. 85 белый круг полностью поглощен черным. Тогда говорят, что множество точек белого круга составляет подмножество точек черного. Или так: множество точек черного круга является надмножеством точек белого. Математик выразит это формулой:

B > W

Рис.85 Надмножество (B) и подмножество (W)

А если круги совпадают и полностью перекрывают друг друга? Тогда говорят, что множества равны, и любое из них является и подмножеством, и надмножеством другого. В общем случае:

если B ≥ W, то B является надмножеством W;

если B ≤ W, то B является подмножеством W.

Числовые множества

Мы рассмотрели несметные множества бесконечно маленьких точек. Но компьютеры ещё не умеют работать с бесконечностями. Так умерим свой аппетит и перейдем к множествам с конечным числом элементов. Поступим так: вместо раскраски кругов расставим на них ряд жирных точек и пронумеруем их числами от 1 до 9 (рис. 86). В ходе последующих опытов нас будут интересовать лишь эти избранные точки (то есть, числа).

Рис.86 – Множества чисел

Так мы получили два конечных множества чисел. Одно из них, обозначенное буквой A, содержит числа 8, 7, 9, 3, 5, 2. Другое обозначено буквой B и включает числа 5, 4, 6, 1, 2. Эти множества математики записали бы так:

A = { 8, 7, 9, 3, 5, 2 }

B = { 5, 4, 6, 1, 2 }