- •Предисловие
- •I. Множества и операции над ними
- •Понятие множества
- •Способы задания множеств. Отношения между множествами
- •3. Объединение и пересечение множеств, их свойства
- •4. Разность множеств. Дополнение к подмножеству
- •Задача 3.
- •Задача 6
- •Контрольные вопросы
- •Упражнения
- •5. Разбиение множества на классы
- •6. Декартово умножение множеств
- •II. Элементы математической логики
- •2. Высказывания с кванторами
- •Отрицание высказываний, содержащих кванторы
- •3. Отношение логического следования и равносильности
- •Строение теоремы. Виды теорем
- •6. Математические понятия
- •Отношения между понятиями
- •Умозаключения
- •III. Соответствия и отношения
- •Соответствия между элементами двух множеств.
- •2. Функции
- •3. Бинарные отношения
- •Алгебраические операции
- •IV. Аксиоматическое построение системы натуральных чисел
- •Об аксиоматическом построении теории
- •Сложение и умножение. Отношение «меньше» «больше»
- •Свойства операции сложения
- •Свойства операции умножения
- •Вычитание и деление
- •Правило вычитания числа из суммы
- •Правило вычитания суммы из суммы
- •Деление суммы на число
- •Деление разности на число
- •Деление произведения на число
- •4. Множество целых неотрицательных чисел. Деление с остатком
- •5. Свойства множеств натуральных и целых неотрицательных чисел
- •V. Теоретико-множественный смысл натурального числа, нуля и операций над числами
- •1. Порядковые и количественные натуральные числа.
- •2. Сложение и вычитание целых неотрицательных чисел.
- •Свойства операции сложения
- •3. Умножение целых неотрицательный чисел
- •Свойства операции умножения
- •4. Деление
1. Порядковые и количественные натуральные числа.
В основу теории положены понятия конечного множества и взаимно-однозначного соответствия.
Два конечных множества А и В называются равномощными, или равночисленными, если между ними можно установить взаимно-однозначное соответствие.
А~В А<>В.
Отношение «Множество А равночисленно множеству В» рефлексивно, симметрично и транзитивно. Следовательно, отношение равночисленности является отношением эквивалентности и определяет разбиение совокупности всех конечных множеств на классы эквивалентности.
В одном классе содержатся самые различные множества; общим для всех их является то, что все они равночисленны, то есть содержат одинаковое количество элементов. Например, в классе, содержащем множество {а; b}, содержатся такие множества, как множество глаз у человека, множество крыльев у птицы, множество диагоналей квадрата и так далее.
______________________________________________________________________
Определение 1. Натуральным числом называется общее свойство класса непустых конечных, равномощных (эквивалентных) друг другу множеств. Этим общим свойством является численность множеств. Численность множества А обозначается: п (А) или А
___________________________________________________________________________________________________
Если А1~А2~Аз~...~Аk, то п(А]) = n(А2) =...= n(Аk) = а (то есть все множества из одного класса). Получаемое в этом случае число а есть количественное натуральное число.
Добавляя к любому конечному множеству один элемент, не содержащийся в нем, получим новое множество, не эквивалентное исходному. Продолжая этот процесс, мы получим бесконечную последовательность не эквивалентных друг другу множеств и определенный ею ряд натуральных чисел, изображенный символами 1,2,3,4,...,n ,….
Число «нуль» также имеет теоретико-множественное истолкование – оно ставится в соответствие «пустому» множеству: 0 = n(), обозначим N0=N - множество целых неотрицательных чисел.
Рассмотрим два конечных множества А и В. Пусть n(А)=а; n(В)=b.
______________________________________________________________________
Определение 2. Говорят, что а = b тогда и только тогда, когда множества А и В принадлежат одному и тому же классу, то есть А~В;
___________________________________________________________________________________________________
А В
a = b А~В
Если А и В неэквивалентны, то множества А и В принадлежат разным классам, а поэтому соответствующие им числа различны.
______________________________________________________________________
Определение 3. Говорят, что число а меньше числа b тогда и только тогда, когда множество А равномощно собственному подмножеству конечного множества В.
(а < b) (A~B1, где В1В; В1ВВ1)
___________________________________________________________________________________________________
Проиллюстрируем это определение, используя круги Эйлера-Венна
А В
В1
или
В1
|
- В |
__________________________________________________________________________________
Определение 4. Отрезком натурального ряда Nа называется множество натуральных чисел, не превосходящих натуральное число а.
___________________________________________________________________________________________________
Nа = {х\х N, х а}.
Например: N4 = {х|х N, х 4}={1,2,3,4}.
______________________________________________________________________
Определение 5. Множество А называется конечным, если существует взаимно однозначное соответствие между элементами и некоторым отрезком Na натурального ряда чисел.
___________________________________________________________________________________________________
Число а является количеством элементов множества А: а = п(А)
Теорема 1. Одно и то же множество А не может быть взаимно однозначно отображено на два различных отрезка натурального ряда чисел.
Взаимно однозначное отображение множества А на отрезок Na можно понимать как нумерацию элементов множества А: А Na
Этот процесс нумерации называют СЧЕТОМ.
При пересчете элементы конечного множества А не только расставляются в определенном порядке (при этом используются порядковые натуральные числа, выражаемые числительными «первый» «второй», «третий» и так далее), но и устанавливается также, сколько элементов содержит множество А (при этом используются количественные натуральные числа, выражаемые числительными «один» «два», «три» и так далее.).
Тесная связь порядкового и количественного натурального числа нашла отражение и в начальном обучении математике. С этими числами учащиеся знакомятся уже при изучении чисел первого десятка. Происходит это при счете элементов различных множеств.
Задача 1.
Объясните смысл равенств: п(А) = 3; n(B) = 0. Приведите примеры множеств А и В, удовлетворяющих этим условиям.
Решение.
n(A) = 3 – число элементов (количество элементов) множества А равно трем. В качестве множества А можно взять множество сторон треугольника, углов треугольника, высот треугольника, п(В)=0 – число (количество) элементов множества В равно нулю, В – пустое множество. Например, В – множество действительных решений уравнения х2 +1 = 0.
Задача 2.
Используя теоретико-множественную трактовку отношения «меньше», покажите, что 3 < 5.
Решение.
Возьмем множество А, содержащее 3 элемента, и множество В, содержащее 5 элементов. Например, А – множество квадратиков, п(А)=3; В – множество кружков, п(В)=5. Из множества В можно выделить подмножество В1, равномощное множеству А. Согласно определению отношения «меньше», последнее означает А~В1 BB1 B B1 , а это значит 3 < 5.
Контрольные вопросы
Сформулируйте определение натурального числа.
Сформулируйте определение отношения «равенства» на множестве натуральных чисел.
Сформулируйте определение отношения «меньше» на множестве натуральных чисел.
Сформулируйте свойства отношения «равенства» на множестве натуральных чисел.
Сформулируйте свойства отношения «меньше» на множестве натуральных чисел.
Дайте определение отрезка натурального ряда чисел и запишите множества N3, N6.
Что значит сосчитать элементы конечного множества? Сформулируйте условия, которые должны соблюдать учащиеся, ведя счет предметов.
Почему на урок, где изучается число «три», можно принести картинку с изображением трех яблок, трех карандашей и трех тетрадей, а можно ли воспользоваться и другими примерами трехэлементных множеств?
Упражнения
351. Докажите, что отношение «равенства» на множестве натуральных чисел является отношением эквивалентности.
352. Докажите, что отношение «меньше» на множестве натуральных чисел является отношением строгого линейного порядка.
353. Дайте теоретико-множественную трактовку отношения порядка «больше». Каков теоретико-множественный смысл свойства транзитивности этого отношения?
354. Прочитайте предложения: п(А) = 4; п(В) = 1. Приведите примеры множеств А и В, удовлетворяющих этим условиям.
355. Придумайте примеры множеств С и D, для которых выполняются условия: а) n(С) = n(D) и С D; б) n(С) = п(D) и С =D.
356. Используя теоретико-множественную трактовку отношения «меньше», покажите, что:
а) 4 < 7; б) 1 < 3.
357. Сравните числа п(А) и п(В), если: а) А B; б) A B и AB Приведите примеры множеств А и В, удовлетворяющих этим условиям.
358. Из учебников математики первого класса приведите примеры заданий, в которых отношение «меньше» («больше») на множестве натуральных чисел рассматривается с теоретико-множественных позиций.
Приведите примеры заданий из учебников математики для начальных классов, в которых число выступает как характеристика: а) порядка; б) количества.
Можно ли назвать отрезком натурального ряда множества: А, В, С, Д ?
а) А = {1,3,5,6,7};
b) В = {2,3,4,5};
с) С = {1,2, 3,4,5, 6,7};
d) D = {0, 1,2,3}.
Что значит сосчитать элементы множества? Осуществите счет для множеств А, В, С, D.
361. Сформулируйте условия, которые должны соблюдать учащиеся, ведя счет предметов.