Mengen (siehe Teschl/Teschl 1.2) Denition nach Georg Cantor (1895): Eine Menge ist eine Zusammenfassung von bestimmten und wohlunterschiedenen Objekten unserer Anschauung oder unseres Denkens zu einem Ganzen. Die Objekte werden als Elemente der Menge bezeichnet. Notation x ∈ M: x ist Element der Menge M , x 6∈ M : x ist kein Element der Menge M , M ⊂ N: M ist Teilmenge von N : jedes Element von M ist auch Element von N . Darstellung von Mengen I durch Aufzählung der Elemente in geschweiften Klammern ( Mengenklammern), z. B. M = {a, b, c }, N = {1, 2, 4, 6, 9}, I durch Aufzählung der einiger Elemente, sodass eine Regel erkennbar ist, z. B. {2, 3, 4, ..., 10} oder {1, 3, 5, ...}, I Beschreibung in Worten, z. B. Menge aller InformatikStudierenden der h_da, I feste Bezeichnungen für bestimmte Mengen, z.B. Z Menge der ganzen Zahlen, I Angabe einer Eigenschaft, die die Elemente der Menge erfüllen, z. B. M = {x ∈ Z : x ≤ 0} = {0, −1, −2, ...}. Bei der Angabe der Elemente spielt deren Reihenfolge keine Rolle. Ein Element kann nicht mehrfach in einer Menge enthalten sein. Beispiel ∈ {a, b, c , d }, f 6∈ {a, b , c , d }, 3 6∈ {a, b , c , d }, {d , b} ⊂ {a, b, c , d }, Ist M = {4, 8, 12, ...} die Menge der Vielfachen ist z. B. 28 ∈ M und 42 6∈ M sowie {8, 24, 64, 124} ⊂ M und {2, 4, 8} 6⊂ M . I c I I I I von 4, so Mengenoperationen I M ∪ N: Vereinigung, enthält alle Elemente, die in mindestens einer der beiden Mengen enthalten sind. I M ∩ N: Durchschnitt, enthält alle Elemente, die sowohl in M als auch in N enthalten sind. I M \ N: Dierenz, enthält alle Elemente, die in M , aber nicht in N enthalten sind. I M ∆N = (M \ N ) ∪ (N \ M ) symmetrische Dierenz. Komplement, bezogen auf eine Grundmenge M : M C A = Ac = A = A = M \ A (dazu muss A ⊂M gelten), z.B. M Studierende, A weibliche Studierende, A männliche Studierende. Beipspiel Sei M = {a, b} und N = {b , c }. Dann ist ∪ N = {a , b , c }, M ∩ N = {b }, M \ N = {a }, N \ M = {c } und M ∆N = {a, c }. I M I I I I Rechenregeln (Axiome) für Mengen ∪ B = B ∪ A und A ∩ B = B ∩ A (Kommuativität), (A ∪ B ) ∪ C = A ∪ (B ∪ C ) und (A ∩ B ) ∩ C = A ∩ (B ∩ C ) (Assoziativität), A ∪ (B ∩ C ) = (A ∪ B ) ∩ (A ∪ C ) und A ∩ (B ∪ C ) = (A ∩ B ) ∪ (A ∩ C ) (Distributivität), I A I I = A und A∪B = A∩B A∩B = A∪B I A I sowie (deMorgan'sche Regeln). Mächtigkeit Die Mächtigkeit | M| = #M einer Menge M ist die Anzahl ihrer Elemente. #{a, b, c , d } = 4 und #{1, 2, 3, 4, ...} = ∞ (unendlich). Beispiel: Zwei Mengen haben die gleiche Mächtigkeit, wenn es eine 1-1-Zuordnung zwischen ihren Elementen gibt. Leere Menge Die leere Menge ∅ ist die Menge, die keine Elemente enthält. Sie hat die Mächtigkeit 0. Produktmenge Für Mengen M und N ist M × N = {(m, n) : m ∈ M , n ∈ N } die Menge aller Paare (Tupel) von Elementen m ∈M Im Falle endlicher Mengen hat die Produktmenge |M | und n ∈ N. ∗ |N | Elemente. Beispiel {1, 2, 3} × {a, b} = {(1, a), (1, b), (2, a), (2, b), (3, a), (3, b)}. Wichtige Produktmengen R2 = R × R Menge aller Punkte in der Ebene, R3 = R × R × R Punkte im Raum, Potenzmenge Die Potenzmenge P(M ) einer Menge M enthält alle Teilmengen von M als Elemente. Beispiel n o P({a, b}) = ∅, {a}, {b}, {a, b} Satz Die Potenzmenge einer nelementigen Menge hat 2 n Elemente. Zahlenmengen N = {1, 2, 3, ...} natürliche Zahlen, N0 = N ∪ {0} = {0, 1, 2, 3, ...}, Z = {..., −2, −1, 0, 1, 2, ...} Q = {p /q : p ∈ Z, q ∈ N} R ganze Zahlen, rationale Zahlen, Menge aller Dezimalbrüche : reelle Zahlen, C = {a + i · b : a, b ∈ R} mit i 2 = −1 komplexe Zahlen. Bemerkung Die am Computer darstellbaren Zahlen (Maschinenzahlen) bilden immer eine endliche Teilmenge der rationalen oder der ganzen Zahlen. Vergleich der Zahlenmengen I Es gilt I Q\Z N ⊂ Z ⊂ Q ⊂ R ⊂ C. enthält Brüche wie z. B. 1 1 3 , 267 2 und − 2194 7 . Diese können als endliche oder periodische Dezimalbrüche 1 267 2 = 2194 267, 5 und − 7 I Elemente von R\Q √ 1 3 = 0, 3333... = 0, 3, = −313, 428571. dargestellt werden, im Beispiel heiÿen irrationale Zahlen. Beispiele sind 2 und die mathematischen Konstanten π = 3, 14159... und e = 2, 71828.... Irrationale Zahlen werden durch unendliche nichtperiodische Dezimalbrüche dargestellt. Bemerkung Summe a (falls b + b, 6= 0) Dierenz a − b, Produkt a ·b und Quotient a b zweier rationaler Zahlen ergeben wieder rationale Zahlen. Gleiches gilt für reelle Zahlen. Eigenschaften der reellen Zahlen I R ist eine total geordnete Menge, d. h. zu a, b entweder a <b oder b <a oder a ∈R gilt = b. I Der Betrag einer reellen Zahl a ist deniert als |a| = a, falls a > 0 oder |a| = −a, falls a < 0. a =0 (d. h. a Dann gilt die Dreiecksungleichung |a I R ist vollständig . ≥ 0), + b| ≤ |a| + |b|. Potenzen und Wurzeln Zu a a ∈R und n ∈N setzt man n = a · a · ... · a sowie a0 = 1 und a−n = 1n = 1 n . a a | {z } n mal Die nte Wurzel von a b = √ n a >0 = a1/n ⇔ bn = a. ist für n ∈N deniert als p p/q √q p q ∈ Q setzt man a = a . x Davon ausgehend lässt sich auch a für beliebige x ∈ R Für a ∈R mit a >0 und denieren. Dann gelten folgende Rechenregeln: a x · ay = ax +y , ax · bx = (a · b)x , (ax )y = ax ·y , a − x = 1x . a