¨Ubungsaufgaben Mengenlehre

Übungsaufgaben Mengenlehre - Wirtschaftsmathematik - Prof. Dr. Baumgarten
Übungsaufgaben Mengenlehre
Die folgenden Übungsaufgaben beziehen sich auf den Stoff des Skriptes zur Mengenlehre der Lehrveranstaltung Wirtschaftsmathematik und dienen der Klausurvorbereitung. Zuvor werden noch einige wichtige Symbole erläutert.
∀
∃
|
≡
1()
Für alle“
”
Existiert mindestens ein“
”
Wofür gilt“ oder teilt ohne Rest“
”
”
Ist Kongruent
Indikatorfunktion, ist 1 wenn Bedingung in Klammern stimmt,
sonst 0
Detailliertere Informationen, bzw. weitere Symbolerläuterungen finden Sie im Skript.
WICHTIG: Versuchen Sie die Aufgaben zu lösen, bevor Sie in die Lösungen schauen.
Aufgabe 1
Machen Sie sich mit den wichtigsten Mengen und deren Zusammenhang vertraut:
• P = {2, 3, 5, . . .}, die Menge der Primzahlen.
• N = {1, 2, 3, . . .}, die Menge der natürlichen Zahlen.
• Z = {0, 1, −1, . . .}, die Menge der ganzen Zahlen.
• Q, die Menge der rationalen Zahlen (also alle Zahlen welche sich als Brüche
darstellen lassen).
• R, die Menge der reellen Zahlen.
TIPP: Zeichnen Sie ein Mengendiagramm.
Aufgabe 2
Geben Sie die folgenden Mengen im aufzählenden und beschreibenden Verfahren an.
a) die Teilmenge A der natürlichen Zahlen, die durch 3 teilbar sind, größer sind
als 10 und kleiner als 25.
b) die Teilmenge B der natürlichen Zahlen, die Vielfache von 4 und größer oder
gleich 96 sind.
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c) die Teilmenge C der Primzahlen zwischen 1 und 30, welche mindestens einen
Primzahlzwilling haben (Primzahlzwillinge sind Primzahlen mit einem Abstand zueinander von 2, z.B. 11 und 13).
d) die Teilmenge D der natürlichen Zahlen, welche perfekt sind, größer 2 und
kleiner 30 (die Summe der Teiler ergeben wieder die Zahl selbst, z.B. 6 =
1 + 2 + 3).
Aufgabe 3
Geben Sie folgende Intervalle in Klammernschreibweise und beschreibender Schreibweise wieder. Grundmenge seien die reellen Zahlen.
a) Offenes Intervall von
2
3
bis
19
.
3
b) Rechts halboffenes Intervall von x bis y.
c) Links halboffenes Intervall von 8 bis z.
d) Geschlossenes Intervall von −3 bis 45 .
e) Das Intervall aller Zahlen größer oder gleich 2.
Aufgabe 4
Bestimmen Sie die Mächtigkeit folgender Mengen.
a) A = {1, 2, 3}
b) B = {a, b, c}
c) C = A ∪ B ∪ {1, . . . , 11}
Aufgabe 5
Geben Sie zu folgenden Mengen die Relationen (=, 6=, ⊆, ∪) und Verknüpfungen
(∪, ∩, \,¯) an (die Grundmenge sei E).
• A = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
• B = {2, 4, 6, 8}
• C = {1, 3, 5}
• D = {4, 7, 8, 9}
• E = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}
TIPP: Schreiben Sie Tabellen.
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Aufgabe 6
Das Spielfeld des Glücksspiels Roulette ist in drei Farben aufgeteilt: Rot, Schwarz
und Grün. Alle Felder haben zudem eine natürliche Zahl und können als Menge
aufgeführt werden.
• Menge Zahlen auf rotem Grund
R = {1, 3, 5, 7, 9, 12, 14, 16, 18, 19, 21, 23, 25, 27, 30, 32, 34, 36}.
• Menge Zahlen auf schwarzem Grund
S = {2, 4, 6, 8, 10, 11, 13, 15, 17, 20, 22, 24, 26, 28, 29, 31, 33, 35}.
• Menge Zahlen auf grünem Grund G = {0}.
Es gibt nun die Möglichkeit sein sauerverdientes Geld auf Rot, Schwarz, Gerade,
Ungerade, einzelne Zahlen etc. zu setzen. Sie nehmen an diesem Spiel Teil und
setzen den gleichen Betrag auf Rot und Gerade. Das bedeutet, bleibt die Kugel auf
einer schwarzen ungeraden Zahl liegen verlieren Sie. Vereinfachend gilt, gewinnen
Sie, gibt es den Einsatz doppelt zurück und 0 zählt zu den ungeraden schwarzen
Zahlen. Geben Sie nun die Verknüpfung der Mengen für folgende Ereignisse an und
zählen die dazugehörigen Zahlen auf.
a) Sie verlieren den gesamten Einsatz.
b) Sie machen keinen Gewinn.
c) Sie machen keinen Verlust.
d) Sie machen weder Gewinn noch Verlust.
e) Sie machen einen Gewinn.
HILFE: Skizzieren Sie ein Venn-Diagramm und tragen Sie die Zahlen in die richtige
Menge ein, ähnlich der folgenden Abbildung.
Aufgabe 7
Geben Sie die Potenzmenge zu folgenden Mengen an. Bestimmen Sie vorher die
Anzahl der Elemente in der Potenzmenge.
a) A = {{1, 2} , {3, 4}}
b) B = {{1, 2} , {3} , {4}}
c) C = {{1} , {2} , {3, 4}}
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Aufgabe 8
Geben Sie folgende kartesischen Produkte (A×B) explizit wieder, stellen Sie sie graphisch dar und bestimmen Sie die Anzahl der Elemente des kartesischen Produktes.
Beachten Sie die angegebenen Relationen. (A auf x-Achse, B auf y-Achse)
a) A = [1, 3] und B = (1, 3] mit A,B ⊆ N.
b) A = (1, 6) und B = [−1, 3] mit A,B ⊆ Z.
c) A = [0, 5] und B = [0, 5] mit A,B ⊆ Z und Relation a + b < 6. Die Variablen
a und b beschreiben Elemente aus A bzw. B.
d) A = [−5, 5] und B = [−5, 5] mit A,B ⊆ Z und Relation |a| = b.
e) A = (−2, 2) und B = (−2, 2) mit A,B ⊆ R und Relation a2 + b2 = 1.
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Lösung zu Aufgabe 1
Es gilt: P ⊂ N ⊂ Z ⊂ Q ⊂ R. Das bedeutet, anschaulich:
Lösung zu Aufgabe 2
Im folgenden werden die Lösungen, in dieser Reihenfolge, angegeben: Aufzählendes
Verfahren, beschreibendes Verfahren (mathematisch), beschreibendes Verfahren (ausreichend für diese Lehrveranstaltung).
a)
A = {12, 15, 18, 21, 24} = {x ∈ N|10 < x < 25 ∧ x(mod 3) ≡ 0}
= {x ∈ N|10 < x < 25 ∧ x ist durch 3 teilbar}
b)
B = {8, 12, 16, . . . , 92, 96} = {x ∈ N|8 ≤ x ≤ 96 ∧ x = a · 4, a ∈ N, a > 1}
= {x ∈ N|8 ≤ x ≤ 96 ∧ x ist Vielfaches von 4}
c)
C = {3, 5, 7, 11, 13, 17, 19} = {x ∈ P|∀x∃y : |x − y| = 2}
= {x ∈ P| es gibt einen Primzahlzwilling zu x}
d)
(
D = {6, 28} =
x ∈ N|
i=1
X
)
i · 1(i|x) = x
x
= {x ∈ N| die Summe der Teiler von x ist x}
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Bemerkung: Wie Sie, besonders in den Aufgabenteilen c) und d), sehen, ist die
mathematische Ausdrucksweise nicht immer sonderlich einfach. Deswegen sollten
Sie die letzte Schreibweise nutzen, besonders in Hinsicht auf die Klausur, da hier
eine Fehlerwahrscheinlichkeit deutlich geringer ist.
Lösung zu Aufgabe 3
a) ( 32 , 19
) = x ∈ R| 23 < x <
3
19
3
b) [x, y) = {z ∈ R|x ≤ z < y}
c) (8, z] = {x ∈ R|8 < x ≤ z}
d) [−3, 45 ] = x ∈ R| − 3 ≤ x ≤ 54
e) [2, ∞) = {x ∈ R|2 ≤ x}
Lösung zu Aufgabe 4
a) |A| = 3
b) |B| = 3
c) |C| = 3 + 3 + (11 − 3) = 13
Lösung zu Aufgabe 5
=
A
B
C
D
E
⊆
A
B
C
D
E
A
X
×
×
×
×
A
X
X
X
X
×
B
×
X
×
×
×
B
×
X
×
×
×
C
×
×
X
×
×
C
×
×
X
×
×
D
×
×
×
X
×
D
×
×
×
X
×
E
×
×
×
×
X
E
X
X
X
X
X
6=
A
B
C
D
E
⊂
A
B
C
D
E
A
×
X
X
X
X
A
×
X
X
X
×
B
X
×
X
X
X
B
×
×
×
×
×
C
X
X
×
X
X
C
×
×
×
×
×
D
X
X
X
×
X
D
×
×
×
×
×
E
X
X
X
X
×
E
X
X
X
X
×
6
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∪
A
B
A
A
A
B
A
B
C
A
D
A
E
\
A
E
A
{}
{1, 2, 3, 4,
5, 6, 8}
{2, 4, 6,
7, 8, 9}
E
B
{1, 3, 5
7, 9}
{}
C
{7, 9}
{1, 3, 5,
7, 9,
10}
B
C
D
E
{}
{}
{}
{10}
C
A
{1, 2, 3, 4,
5, 6, 8}
C
{1, 3, 4, 5,
7, 8, 9}
E
C
{2, 4, 6
7, 8, 9}
B
{}
D
{2, 4, 6,
7, 8, 9,
10}
D
A
{2, 4, 6,
7, 8, 9}
{1, 3, 4, 5,
7, 8, 9}
D
E
E
E
∩
A
B
A
A
B
B
B
B
C
C
{}
D
D
{4, 8}
E
A
B
E
C
C
{}
C
{}
C
E
D
D
{4, 8}
{}
D
D
E
D
{1, 2, 3
5, 6}
{2, 6}
C
{}
{1, 2, 3,
5, 6,
10}
E
E
{}
E
¯
A
A
B
C
D
E
Negation der Menge
{}
{}
{}
{}
B
C
D
E
A = {10}
B = {1, 3, 5, 7, 9, 10}
C = {2, 4, 6, 7, 8, 9, 10}
D = {1, 2, 3, 5, 6, 10}
E = {}
Lösung zu Aufgabe 6
a) G ∩ R = {0, 11, 13, 15, 17, 29, 31, 33, 35}
b) G ∩ R = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 13, 15, 17, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25,
26, 27, 28, 29, 31, 33, 35}
c) G ∪ R = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26,
27, 28, 30, 32, 34, 36}
d) (G\R) ∪ (R\G) = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28}
e) G ∩ R = {12, 14, 16, 18, 30, 32, 34, 36}
Lösung zu Aufgabe 7
a) Anzahl Elemente 2|A| = 4
P(A) = {{} , {1, 2} , {3, 4} , {1, 2, 3, 4}}
b) Anzahl Elemente 2|B| = 8
P(B) = {{} , {1, 2} , {3} , {4} , {1, 2, 3} , {1, 2, 4} , {3, 4} , {1, 2, 3, 4}}
c) Anzahl Elemente 2|C| = 8
P(C) = {{} , {1} , {2} , {3, 4} , {1, 2} , {1, 3, 4} , {2, 3, 4} , {1, 2, 3, 4}}
7
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Lösung zu Aufgabe 8
a) |A| · |B| = 6
A × B = {(1, 2),(1, 3),(2, 2),(2, 3),(3, 2),(3, 3)}
b) |A| · |B| = 20
A × B = {(2, −1),(2, 0),(2, 1), . . . (5, 1),(5, 2),(5, 3)}
c) |A| · |B| = 36
A × B = {(0, 0),(0, 1),(0, 2), . . . (5, 3),(5, 4),(5, 5)}
aRb = {(0, 0),(0, 1),(0, 2),(0, 3),(0, 4),(0, 5),(1, 0),(1, 1),(1, 2),(1, 3),(1, 4),(2, 0),
(2, 1),(2, 2),(2, 3),(3, 0),(3, 1),(3, 2),(4, 0), (4, 1),(5, 0)}
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d) |A| · |B| = 121
A × B = {(−5, −5),(−5, −4),(−5, −3), . . . (5, 3),(5, 4),(5, 5)}
aRb = {(−5, 5),(−4, 4),(−3, 3),(−2, 2),(−1, 1),(0, 0),(1, 1),(2, 2),(3, 3),(4, 4),(5, 5)}
e) |A| · |B| = ∞
A × B ist explizit nicht aufschreibbar.
aRb ist explizit nicht aufschreibbar.
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