集合の問題の解き方

集合の問題は、翻訳して整理することで解くことができる。
記号が表す意味をきちんと整理していけば、そんなに難しくはない。
何をしているのか言語化しながら解くか、ベン図を描いて視覚的に整理しながら解いていきたい。

共通部分・和集合・補集合

全体集合の「1桁の自然数」は全部書き出せそうなので、とりあえずベン図を描いておく。
\(A\)の丸を描く。
\(B\)の丸を描く。
\(U\)の四角を描く。
\(A\)と\(B\)の重なる部分の要素を書く。
\(A=\{1,\)\(2\)\(,\)\(4\)\(,\)\(8\)\(\},B=\{\)\(2\)\(,\)\(4\)\(,6,\)\(8\)\(\}\)なので、\(2,4,8\)が重なっている。
\(A\)のみと\(B\)のみの要素を書く。
\(A=\{\)\(1\)\(,2,4,8\},B=\{2,4,\)\(6\)\(,8\}\)なので、\(A\)のみが\(1\)、\(B\)のみが\(6\)となる。
\(A\)にも\(B\)にも出てこなかった「1桁の自然数」を書く。
これでベン図が描けた。

(1)\(A∩B\)
\(A∩B\)は「\(A\)かつ\(B\)」なので、ベン図から
\[A∩B=\{2,4,8\}\] これが答え。
また、「\(A\)かつ\(B\)」なので\(A=\{1,\)\(2\)\(,\)\(4\)\(,\)\(8\)\(\},B=\{\)\(2\)\(,\)\(4\)\(,6,\)\(8\)\(\}\)から \[A∩B=\{2,4,8\}\] と導き出すこともできる。

(2)\(A∪B\)
\(A∪B\)は「\(A\)または\(B\)」なので、ベン図から
\[A∪B=\{1,2,4,6,8\}\] これが答え。
また、「\(A\)または\(B\)」なので\(A=\{\)\(1\)\(,\)\(2\)\(,\)\(4\)\(,\)\(8\)\(\},B=\{\)\(2\)\(,\)\(4\)\(,\)\(6\)\(,\)\(8\)\(\}\)から \[A∪B=\{1,2,4,6,8\}\] と導き出すこともできる。

(3)\(\overline{A}∩\overline{B}\)
\(\overline{A}∩\overline{B}\)は「\(A\)でないかつ\(B\)でない」なので、ベン図から
\[\overline{A}∩\overline{B}=\{3,5,7,9\}\] これが答え。
また、\(A=\{1,2,4,8\},B=\{2,4,6,8\}\)から\(\overline{A}=\{\)\(3\)\(,\)\(5\)\(,6,\)\(7\)\(,\)\(9\)\(\},\overline{B}=\{1,\)\(3\)\(,\)\(5\)\(,\)\(7\)\(,\)\(9\)\(\}\)なので、 \[\overline{A}∩\overline{B}=\{3,5,7,9\}\] と導き出すこともできる。

(4)\(A∪\overline{B}\)
\(A∪\overline{B}\)は「\(A\)または\(B\)でない」なので、ベン図から
\[A∪\overline{B}=\{1,2,3,4,5,7,8,9,\}\] これが答え。
また、\(A=\{\)\(1\)\(,\)\(2\)\(,\)\(4\)\(,\)\(8\)\(\},B=\{2,4,6,8\}\)から\(\overline{B}=\{\)\(1\)\(,\)\(3\)\(,\)\(5\)\(,\)\(7\)\(,\)\(9\)\(\}\)なので、 \[A∪\overline{B}=\{1,2,3,4,5,7,8,9,\}\] と導き出すこともできる。

合わせて読みたい

共通部分ってなに?和集合ってなに?記号の意味と覚え方 全体集合ってなに?空集合・補集合と記号の意味

ちょっと応用

全体集合の「\(1\)≦\(n\)≦\(1000\)の整数\(n\)」は全部書き出すのにとても時間がかかりそうなので、ベン図は描かずに考える。
\(A=\{n|n\)は奇数\(,n∈U\}\)
\(B=\{n|n\)は\(5\)の倍数でない\(,n∈U\}\)
から
\(\overline{A}=\{n|\)\(n\)は偶数\(,n∈U\}\)
\(\overline{B}=\{n|\)\(n\)は\(5\)の倍数\(,n∈U\}\)
となる。
ここで、\(\overline{A}∩\overline{B}\)を考えると「偶数かつ\(5\)の倍数」となり、偶数かつ\(5\)の倍数は「\(10\)の倍数」となる。
ド・モルガンの法則より \[\overline{A}∩\overline{B}=\overline{A∪B}\] なので
\(\overline{A∪B}=\{n|n\)は\(10\)の倍数\(,n∈U\}\)
これが答え。

合わせて読みたい

ド・モルガンの法則ってなに?ひっくり返る集合の関係

定義を知る

ベン図
集合と集合の関係を図で表したもの
集合
範囲がはっきりしているものの集まり
要素(元)
\(a∈A\)
\(a\)は\(A\)に属する
\(a\)は\(A\)の要素
全体集合
\(U\)
すべての要素をまとめた集合
共通部分
\(A∩B\)
\(A\)かつ\(B\)
和集合
\(A∪B\)
\(A\)または\(B\)
補集合
\(\overline{A}\)
全体集合の要素で、集合\(A\)に属さない要素全体の集合

まとめ

集合の問題は、難しい計算をする問題というよりも、何がどの集合に属しているのかを整理する問題という感じ。
そのためにはまず、「\(A∩B\)(共通部分)」「\(A∪B\)(和集合)」「\(\overline{A}\)(補集合)」といった集合の記号や言葉を、「\(A\)かつ\(B\)」「\(A\)または\(B\)」「\(A\)でない」といった言葉に翻訳することが大切になる。
要素が少ないときは、ベン図を描いて視覚的に整理すると分かりやすい。
計算力よりも、日本語の読解力を求められるのが集合の問題の特徴。

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。