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3-9 集合的划分和覆盖

时间:2024-03-14 16:31:28浏览次数:16  
标签:覆盖 交叉 元素 分块 划分 集合

3-9集合的划分和覆盖

在探索数学的丰富领域中,集合论占据着基础而重要的位置。它不仅是高等数学研究的基石,也深深影响着我们对数据结构和算法的理解。本节将重点介绍集合的两个核心概念:划分和覆盖,它们在数学分析和理论研究中有着广泛的应用。

集合的覆盖

定义

当我们谈论集合的覆盖时,我们指的是将一个集合A分割成若干个非空子集的过程,这些非空子集称为“分块”。这些分块的全体必须满足一个条件:集合A中的每个元素至少属于一个分块。如果满足这个条件,这些分块的集合就被称为集合A的一个覆盖。

示例

以集合A={a,b,c}为例,考虑以下子集:

  • S={{a,b},{b,c}}
  • Q={{a},{a,b},{a,c}}

S和Q均构成了集合A的覆盖,因为A中的每个元素至少在S或Q的某个分块中出现。

集合的划分

定义

与覆盖相似,集合的划分也涉及将集合A分割成若干非空子集。然而,划分有一个更加严格的要求:集合A中的每个元素必须属于且仅属于一个分块。如果一组分块满足这个条件,那么这组分块的集合称为集合A的一个划分。

示例

再次以集合A={a,b,c}为例,考虑以下子集:

  • D={{a},{b,c}}
  • G={{a,b,c}}
  • E={{a},{b},{c}}

D、G和E都是集合A的划分。特别地,G是A的最小划分,因为它只包含一个分块,即集合A本身;而E是A的最大划分,因为它由A的每个单独元素作为一个分块组成。

划分与覆盖的关系

值得注意的是,虽然每个划分也是一个覆盖(因为它满足覆盖的条件),但并非所有覆盖都是划分。划分对元素的独占性要求,赋予了它比覆盖更加严格的定义。

交叉划分

定义

当我们有两个不同的集合A的划分时,它们的交集可以形成所谓的交叉划分。交叉划分由所有非空的相交分块组成,这些分块来自于原始划分的不同组合。

示例

假设有一个生物的集合X,它可以被划分为{P,A}(P为植物集合,A为动物集合),也可以被划分为{E,F}(E为史前生物集合,F为史后生物集合)。这两个划分的交叉划分为Q={P∩E, P∩F, A∩E, A∩F},表示史前植物、史后植物、史前动物和史后动物的集合。

 

 

定理3-9.1的证明

定理3-9.1 描述了,如果{A₁, A₂, …, Aₙ}与{B₁, B₂, …, Bₘ}是同一集合X的两种划分,则它们的交叉划分也是原集合X的一种划分。

证明:

  1. 非空性和互斥性:在交叉划分中,任意两个不同元素的交集为O。这是因为,如果我们取两个不同的分块Aᵢ∩Bⱼ和Aₖ∩Bₗ,根据划分的性质,当i≠k或j≠l时,它们的交集必然为空。这满足了划分的互斥性条件。

  2. 全覆盖性:交叉划分中所有元素的并集为X。通过将A和B的所有分块相交,并将结果合并,我们得到了整个集合X,这验证了全覆盖性条件。

因此,我们证明了交叉划分是原集合X的一个划分。

定理3-9.2的证明

定理3-9.2 表明任何两种划分的交叉划分都是原来各划分的一种加细。

证明:

  • 对于交叉划分中的任意元素Aᵢ∩Bⱼ,我们可以看到,它必然包含于Aᵢ和Bⱼ中。这意味着,交叉划分中的每一个分块都是原划分中某个分块的子集,满足加细的定义。

 

总结:

重点

  1. 覆盖的概念:一个集合的覆盖是指将这个集合分割成若干个非空子集(分块),使得原集合中的每个元素至少属于一个分块。
  2. 划分的定义:与覆盖相似,划分也是将集合分割成若干个非空子集,但要求每个元素恰好属于一个分块,满足更严格的条件。
  3. 划分与覆盖的区别和联系:划分总是覆盖,但覆盖不一定是划分,这是因为划分对元素的归属有唯一性的要求。
  4. 交叉划分的定义:当我们考虑一个集合的两种不同划分时,它们的非空相交分块可以构成一个新的划分,称为交叉划分。

难点

  1. 区分覆盖与划分:理解覆盖和划分之间的细微差别需要仔细考虑它们的定义,尤其是每个元素的归属条件。
  2. 构造交叉划分:理解如何从两个不同的划分出发构造交叉划分可以是挑战性的,因为这要求你同时考虑两个划分的所有可能相交情况。

易错点

  1. 混淆覆盖与划分:由于划分的定义在某种程度上更为严格,学生可能会错误地将一个覆盖误认为是划分,特别是当没有仔细检查每个元素的独占归属时。
  2. 错误的交叉划分:在构造交叉划分时,可能会忽略某些分块的相交情况,或错误地包含应该排除的分块(即,不满足非空相交的分块)。
  3. 最大划分与最小划分的概念误解:容易混淆集合的最大划分(每个元素构成一个分块)和最小划分(整个集合作为一个分块)。重要的是要清楚,最大划分强调的是分割的粒度最细,而最小划分强调的是整体性。

通过克服这些难点和避免易错点,学生可以更深入地理解和应用集合的划分和覆盖这一节的内容,为解决更复杂的数学问题打下坚实的基础。

 

标签:覆盖,交叉,元素,分块,划分,集合
From: https://blog.csdn.net/tang7mj/article/details/136714229

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