Lecția I.4 conține următoarele grupuri de exerciții:

Alege rezolvarea exercițiului:

Exercițiul 1 (gratuit)

Rezolvare scurtă

\( M = \{1, 2, 3, \dots, 100\} \implies \text{card } M = 100 \)

Cardinalul mulțimii \(P\)

\( P = \{k^2 \mid k^2 \le 100, k \in \mathbb{N}^*\} = \{1^2, 2^2, 3^2, 4^2, 5^2, 6^2, 7^2, 8^2, 9^2, 10^2\} \) \( P = \{1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100\} \implies \text{card } P = 10 \) Varianta corectă: 10

Cardinalul mulțimii \(C\)

\( C = \{k^3 \mid k^3 \le 100, k \in \mathbb{N}^*\} = \{1^3, 2^3, 3^3, 4^3\} = \{1, 8, 27, 64\} \) \( \text{card } C = 4 \) Varianta corectă: 4

Mulțimea \(P \cap C\) conține

\( P \cap C = \{1, 64\} \implies \text{card}(P \cap C) = 2 \) Varianta corectă: 2 elemente

Numărul elementelor din \(M\) care nu sunt în \(P\) sau \(C\)

\( \text{card}(P \cup C) = \text{card } P + \text{card } C - \text{card}(P \cap C) = 10 + 4 - 2 = 12 \) \( \text{card}(M \setminus (P \cup C)) = \text{card } M - \text{card}(P \cup C) = 100 - 12 = 88 \) Varianta corectă: 88

Rezolvare detaliată

Pasul 1: Determinarea cardinalului mulțimii \(P\) (pătrate perfecte)

Mulțimea \(M = \{1, 2, 3, \dots, 100\}\) are \( \text{card } M = 100 \). Submulțimea \(P\) conține pătratele perfecte din \(M\). Căutăm numerele naturale \(k\) pentru care \(k^2 \le 100\). Acestea sunt: \(1^2, 2^2, 3^2, 4^2, 5^2, 6^2, 7^2, 8^2, 9^2, 10^2\). Avem: \( P = \{1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100\} \). Numărând elementele, obținem \( \text{card } P = 10 \).

Pasul 2: Determinarea cardinalului mulțimii \(C\) (cuburi perfecte)

Submulțimea \(C\) conține cuburile perfecte din \(M\). Căutăm numerele naturale \(k\) pentru care \(k^3 \le 100\). Calculăm puterile: \( 1^3 = 1 \) \( 2^3 = 8 \) \( 3^3 = 27 \) \( 4^3 = 64 \) \( 5^3 = 125 \) (care este mai mare decât 100). Așadar, \( C = \{1, 8, 27, 64\} \). Cardinalul mulțimii \(C\) este \( \text{card } C = 4 \).

Pasul 3: Determinarea intersecției \(P \cap C\)

Mulțimea \(P \cap C\) conține elementele care sunt simultan pătrate perfecte și cuburi perfecte. Acestea sunt de forma \(n^6\). Verificăm elementele comune din listele de mai sus: \( P = \{1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, \mathbf{64}, 81, 100\} \) \( C = \{1, 8, 27, \mathbf{64}\} \) Elementele comune sunt \( \{1, 64\} \). \( 1 = 1^2 = 1^3 \) și \( 64 = 8^2 = 4^3 \). Mulțimea \(P \cap C\) conține 2 elemente.

Pasul 4: Calcularea elementelor care nu sunt nici pătrate, nici cuburi

Trebuie să aflăm numărul elementelor din \( M \setminus (P \cup C) \). Mai întâi calculăm cardinalul reuniunii \( P \cup C \): \( \text{card}(P \cup C) = \text{card } P + \text{card } C - \text{card}(P \cap C) \) \( \text{card}(P \cup C) = 10 + 4 - 2 = 12 \). Numărul elementelor care nu aparțin niciunei submulțimi este: \( \text{card } M - \text{card}(P \cup C) = 100 - 12 = 88 \).

Rezolvare scurtă:

\( \text{card } M = 100 \) \( P = \{1^2, \dots, 10^2\} \implies \text{card } P = 10 \) \( C = \{1^3, 2^3, 3^3, 4^3\} \implies \text{card } C = 4 \) \( P \cap C = \{1, 64\} \implies \text{card}(P \cap C) = 2 \) \( \text{card}(P \cup C) = 10 + 4 - 2 = 12 \) \( \text{card } M - \text{card}(P \cup C) = 100 - 12 = 88 \)

Cele mai importante aspecte ale lecției

Reuniunea (\( \cup \)): Pune la un loc elementele din ambele mulțimi (fără a le repeta). Cuvânt cheie: "sau".
Intersecția (\( \cap \)): Păstrează exclusiv elementele comune. Cuvânt cheie: "și".
Diferența (\( \setminus \)): Păstrează elementele din prima mulțime, eliminându-le pe cele care se găsesc și în a doua. Cuvinte cheie: "doar în...", "aparține... și nu aparține...".
Cardinale: Numărul total de elemente a două mulțimi este suma elementelor fiecăreia, din care se scade numărul elementelor comune (pentru a nu le număra de două ori).
Prin operație cu mulțimi se înțelege procedeul prin care, din două mulțimi date, obținem o nouă mulțime. Reuniunea mulțimilor \( A \) și \( B \), notată \( A \cup B \), este mulțimea formată din elementele care aparțin cel puțin uneia dintre mulțimile \( A \) sau \( B \).
\[ x \in A \cup B \Leftrightarrow x \in A \text{ sau } x \in B \]
Diagramă Venn-Euler cu două cercuri intersectate, A și B. Întreaga suprafață a ambelor cercuri este colorată, reprezentând vizual reuniunea A ∪ B.
Dacă \( A = \{1, 2, 3\} \) și \( B = \{3, 4, 5\} \), atunci \( A \cup B = \{1, 2, 3, 4, 5\} \).
Atenție: Elementele comune se scriu o singură dată.
Fie \( X = \{a, b, c\} \) și \( Y = \{b, c, d, e\} \). Determinați \( X \cup Y \).
Luăm toate elementele din ambele mulțimi, o singură dată:
\( X \cup Y = \{a, b, c, d, e\} \).
Intersecția mulțimilor \( A \) și \( B \), notată \( A \cap B \), este mulțimea formată din elementele comune mulțimilor \( A \) și \( B \).
Două mulțimi a căror intersecție este mulțimea vidă (\( A \cap B = \emptyset \)) se numesc mulțimi disjuncte.
\[ x \in A \cap B \Leftrightarrow x \in A \text{ și } x \in B \]
Diagramă Venn-Euler cu două cercuri intersectate, A și B. Doar porțiunea centrală, comună celor două cercuri, este colorată, reprezentând intersecția A ∩ B.
Dacă \( A = \{1, 2, 3, 4\} \) și \( B = \{3, 4, 5, 6\} \), atunci \( A \cap B = \{3, 4\} \).
Aflați intersecția mulțimilor \( M = \{2, 4, 6\} \) și \( N = \{1, 3, 5\} \).
Deoarece nu există elemente comune între cele două mulțimi, \( M \cap N = \emptyset \). Mulțimile sunt disjuncte.
Diferența dintre mulțimea \( A \) și mulțimea \( B \), notată \( A \setminus B \), este mulțimea formată din elementele care aparțin mulțimii \( A \) și nu aparțin mulțimii \( B \).
\[ x \in A \setminus B \Leftrightarrow x \in A \text{ și } x \notin B \]
Diagramă Venn-Euler cu două cercuri intersectate, A și B. Este colorată exclusiv partea din cercul A care nu se suprapune deloc cu cercul B, reprezentând diferența A \ B.
Dacă \( A = \{1, 2, 3, 4\} \) și \( B = \{3, 4, 5\} \):
\( A \setminus B = \{1, 2\} \) (elementele din \( A \) care nu sunt în \( B \))
\( B \setminus A = \{5\} \) (elementele din \( B \) care nu sunt în \( A \))
Fie \( P = \{a, e, i, o, u\} \) și \( Q = \{a, b, c, d, e\} \). Calculați \( P \setminus Q \).
Căutăm elementele care sunt în \( P \), dar nu se regăsesc în \( Q \).
Elementele comune sunt \( a \) și \( e \). Prin urmare, le eliminăm din \( P \).
\( P \setminus Q = \{i, o, u\} \).
Numărul de elemente al unei mulțimi finite \( A \) se numește cardinalul mulțimii și se notează \( \text{card } A \) sau \( \text{card}(A) \).
Pentru orice două mulțimi finite \( A \) și \( B \), este valabilă formula: \[ \text{card}(A \cup B) = \text{card } A + \text{card } B - \text{card}(A \cap B) \] De asemenea, reuniunea se poate calcula adunând părțile disjuncte: \[ \text{card}(A \cup B) = \text{card}(A \setminus B) + \text{card}(A \cap B) + \text{card}(B \setminus A) \]
Știind că \( \text{card } A = 10 \), \( \text{card } B = 7 \) și \( \text{card}(A \cap B) = 3 \), aflați \( \text{card}(A \cup B) \).
Aplicăm formula: \( \text{card}(A \cup B) = \text{card } A + \text{card } B - \text{card}(A \cap B) \).
\( \text{card}(A \cup B) = 10 + 7 - 3 = 17 \).

Probleme de antrenament

Ușoară: Se consideră mulțimile \( A = \{0, 1, 2, 4\} \) și \( B = \{2, 3, 4, 5\} \). Determinați \( A \cup B \), \( A \cap B \), \( A \setminus B \) și \( B \setminus A \).
  • Reuniunea (toate elementele): \( A \cup B = \{0, 1, 2, 3, 4, 5\} \)
  • Intersecția (elementele comune): \( A \cap B = \{2, 4\} \)
  • Diferența \( A \setminus B \) (doar în A): \( A \setminus B = \{0, 1\} \)
  • Diferența \( B \setminus A \) (doar în B): \( B \setminus A = \{3, 5\} \)
Medie: Determinați mulțimile \( A \) și \( B \), știind că îndeplinesc simultan condițiile:
1) \( A \cup B = \{1, 2, 3, 4, 5, 6\} \)
2) \( A \cap B = \{3, 4\} \)
3) \( A \setminus B = \{1, 2\} \)
Mulțimea \( A \) este formată din elementele care sunt doar în \( A \) plus elementele comune:
\( A = (A \setminus B) \cup (A \cap B) = \{1, 2\} \cup \{3, 4\} = \{1, 2, 3, 4\} \).
Mulțimea \( B \) va conține intersecția \( \{3, 4\} \) și restul elementelor din reuniune care nu au fost încă folosite (adică \( B \setminus A \)).
Din reuniune rămân nefolosite elementele \( \{5, 6\} \), deci \( B \setminus A = \{5, 6\} \).
\( B = (B \setminus A) \cup (A \cap B) = \{5, 6\} \cup \{3, 4\} = \{3, 4, 5, 6\} \).
Dificilă: Într-o clasă de 28 de elevi, toți participă la cel puțin un club școlar. 18 elevi participă la clubul de matematică (\( M \)), iar 15 elevi participă la clubul de lectură (\( L \)). Câți elevi participă la ambele cluburi? Dar numai la clubul de matematică?
Folosim formula cardinalelor:
\( \text{card}(M \cup L) = \text{card } M + \text{card } L - \text{card}(M \cap L) \)
Știm că:
\( \text{card}(M \cup L) = 28 \) (totalul elevilor)
\( \text{card } M = 18 \)
\( \text{card } L = 15 \)
Înlocuim în formulă:
\( 28 = 18 + 15 - \text{card}(M \cap L) \)
\( 28 = 33 - \text{card}(M \cap L) \Rightarrow \text{card}(M \cap L) = 33 - 28 = 5 \).
Deci, 5 elevi participă la ambele cluburi.
Pentru a afla câți participă numai la matematică, calculăm cardinalul diferenței \( M \setminus L \):
\( \text{card}(M \setminus L) = \text{card } M - \text{card}(M \cap L) = 18 - 5 = 13 \).
Deci, 13 elevi participă numai la clubul de matematică.

Învinge
tema
cu mii de rezolvări, lecții și teste: