说明:本文依据最新课程标准人教B版数学教材进行阐述
将若干具有明确特征且互不相同的个体进行归纳整理,形成一个整体,这个整体即为一个集合(有时也简称为集),集合中的每一个个体都是该集合的元素.
集合通常采用英文字母表中的大写字母如A、B、C等来表示,而集合的元素则常用小写字母a、b、c等来标识.
当元素a属于集合A时,我们用符号a∈A来表示,其含义为“a属于A”;反之,若元素a不属于集合A,则记作a∉A,读作“a不属于A”.
以班级为例进行说明:
A班级内包含a、b、c三位学生;
B班级内包含d、e、f三位学生。
在这种情况下,我们可以将学生a、b、c视为集合A的组成元素,而将学生d、e、f视为集合B的组成元素。
相应的记法为:a、b、c∈A;a、b、c∉B
d、e、f∈B,d、e、f∉A。
特别地,如果某个集合不包含任何元素,则称其为空集,并记作∅。
例如,考虑方程x²=-1的所有实数解构成的集合,由于该方程在实数范围内无解,因此形成的集合为空集。
根据集合的基本定义,集合的元素具备以下特性:
(1)确定性:集合的元素必须具有明确的界定标准。
例如,“接近1的数值”不能作为集合元素,而“介于0.8与1.2之间的数值”则可以
因此,那些需要主观判断才能确定的对象不能作为集合元素。
(2)互异性:在同一个集合中,所有元素都必须是唯一的。
例如,单词success中所有不同英文字母组成的集合,其元素仅有四个,即s、u、c、e
(3)无序性:集合中的元素排列顺序不影响集合的本质。
例如,方程x(x-1)=0的所有实数解的集合,既可以表示为{0,1},也可以表示为{1,0}
对于任意两个集合A和B,当且仅当它们包含完全相同的元素时,我们称这两个集合相等,并记作A=B.
根据集合中元素的个数,可以将集合分为两大类别:
包含有限个元素的集合称为有限集,包含无限个元素的集合称为无限集.
空集作为特殊情形,可以视为包含0个元素的集合,因此它属于有限集的范畴
以下是一些常见的标准集合:
自然数集:所有非负整数的集合,记作N
正整数集:自然数集N中排除元素0后的集合,记作N*或N+(*位于右上角,+位于右下角)
整数集:所有整数的集合,记作Z
有理数集:所有有理数的集合,记作Q
实数集:所有实数的集合,记作R
列举法是一种常见的集合表示方法,它通过将集合中的所有元素逐个列出(相邻元素之间用逗号分隔),并置于大括号内来表示集合。
例如,由元素0和1组成的集合,可以用列举法表示为 {0,1}
在使用列举法表示集合时,通常不需要考虑元素的排列顺序。
例如,{1,2}与{2,1}表示的是同一个集合。
然而,当集合的元素数量较多且元素之间存在某种规律时,在不会引起歧义的前提下,可以仅列出部分元素作为代表,其余元素则用省略号表示。
例如,由不超过100的自然数组成的集合,可以表示为 {0,1,2,3, …,100}
列举法同样适用于表示无限集。
例如,自然数集N可以表示为 {0,1,2,3,…, n,…}
值得注意的是,只包含一个元素的集合{a}也是一个有效的集合,需要将其与元素a本身区分开来,事实上, a∈{a}
通常情况下,如果集合A中的任意元素x都满足性质p(x),而集合A之外的其他元素都不具备该性质,那么性质p(x)就被称为集合A的特征性质。
基于这一性质,集合A可以表示为
{x|p(x)}.
按照惯例,当a<b时,集合{x|a≤x≤b}可以简化为[a,b],并称之为闭区间.
例如,集合{x|1≤x≤2}可以简化为闭区间[1,2]
类似地,当a<b时,集合{x|a<x<b}可以简化为(a,b),并称之为开区间.
如果a<b,则集合{x|a<x≤b}可以简化为(a,b],并称之为半开半闭区间.
在上述区间表示中,a和b分别被称为区间的左端点和右端点,而b-a则表示区间的长度。
区间可以在数轴上得到直观的表示
例:如图展示了-2<x≤3区间在数轴上的表示方式
-2<x≤3
如果用“十∞”表示“正无穷大”,用“一∞”表示“负无穷大”
那么: 实数集R可以表示为区间(一∞,十∞)