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Dieser Artikel enthält die grundlegenden und abgeleiteten Definitionen der Operationen auf Mengen sowie verschiedene Übungen zu diesen Operationen und ihren Eigenschaften.
Die Grundlegende Operationen von Mengen und die logischen Operationen stehen in engem Zusammenhang und werden in der Mathematik oft gemeinsam verwendet. Die grundlegenden Operationen von Mengen, Vereinigung, Durchschnitt und Komplement, entsprechen den grundlegenden Operationen in der mathematischen Logik: OR, AND und NOT.
→ Hauptartikel: Durchschnitt von Mengen
→ Hauptartikel: Vereinigung von Mengen
Definition (disjunkte Vereinigung)
Vereinigung zweier Polygonmengen
Die Schreibweise
C
=
A
∪
˙
B
{\displaystyle C=A\,{\dot {\cup }}\,B}
ist eine Abkürzung für
(
C
=
A
∪
B
)
∧
(
A
∩
B
=
∅
)
{\displaystyle {\big (}C=A\,{\cup }\,B{\big )}\land (A\cap B=\varnothing )}
∪
˙
{\displaystyle {\dot {\cup }}}
wird dabei disjunkte Vereinigung genannt.
Definition (Große Vereinigung)
Die Vereinigung über der Menge
M
{\displaystyle M}
ist die Menge aller Objekte, die Element in einem Element von
M
{\displaystyle M}
sind:
⋃
M
:=
{
x
|
∃
y
∈
M
:
x
∈
y
}
{\displaystyle \bigcup M:=\{x\,|\,\exists y\in M:x\in y\}}
Für weitere Details können Sie den folgenden Artikel einsehen:
Differenz von Mengen
Für weitere Details können Sie den folgenden Artikel einsehen:
Komplement einer Menge
Für weitere Details können Sie den folgenden Artikel einsehen:
Lösung (Eigenschaften der Operationen von Mengen)
Lösung Teilaufgabe 1:
A
∪
A
∁
↕
D
e
f
i
n
i
t
i
o
n
v
o
n
∁
=
A
∪
{
y
|
y
∉
A
}
↕
D
e
f
i
n
i
t
i
o
n
v
o
n
∪
=
{
x
|
x
∈
A
∨
x
∈
{
y
|
y
∉
A
}
}
↕
A
b
s
t
r
a
k
t
i
o
n
s
p
r
i
n
z
i
p
f
u
¨
r
x
∉
{
y
|
y
∉
A
}
=
{
x
|
x
∈
A
∨
x
∉
A
}
↕
d
i
e
D
i
s
j
u
n
k
t
i
o
n
i
s
t
i
m
m
e
r
w
a
h
r
=
{
x
|
x
=
x
}
↕
D
e
f
i
n
i
t
i
o
n
v
o
n
V
=
V
{\displaystyle {\begin{aligned}&A\cup A^{\complement }\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Definition\;von\;^{\complement }}}\right.}\\[0.3em]=\;&A\cup \{y|\,y\notin A\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Definition\;von\;\cup }}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\;|\;x\in A\lor x\in \{y|\,y\notin A\}\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Abstraktionsprinzip\;f{\ddot {u}}r\;x\notin \{y\,|\,y\notin A\}}}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\;|\;x\in A\lor x\notin A\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {die\;Disjunktion\;ist\;immer\;wahr}}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\;|\;x=x\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Definition\;von\;{\mathcal {V}}}}\right.}\\[0.3em]=\;&{\mathcal {V}}\end{aligned}}}
Lösung Teilaufgabe 2:
(
A
∪
B
)
∁
↕
D
e
f
i
n
i
t
i
o
n
v
o
n
∁
=
{
x
|
x
∉
A
∪
B
}
↕
D
e
f
i
n
i
t
i
o
n
v
o
n
∪
=
{
x
|
x
∉
{
y
|
y
∈
A
∨
y
∈
B
}
↕
A
b
s
t
r
a
k
t
i
o
n
s
p
r
i
n
z
i
p
f
u
¨
r
x
∉
{
y
|
y
∈
A
∨
y
∈
B
}
=
{
x
|
¬
(
x
∈
A
∨
x
∈
B
)
}
↕
d
e
M
o
r
g
a
n
s
c
h
e
R
e
g
e
l
f
u
¨
r
¬
u
n
d
∨
=
{
x
|
x
∉
A
∧
x
∉
B
}
↕
A
b
s
t
r
a
k
t
i
o
n
s
p
r
i
n
z
i
p
f
u
¨
r
x
∉
A
u
n
d
x
∉
B
=
{
x
|
x
∈
{
y
|
y
∉
A
}
∧
x
∈
{
z
|
z
∉
B
}
}
↕
D
e
f
i
n
i
t
i
o
n
v
o
n
∁
=
{
x
|
x
∈
A
∁
∧
x
∈
B
∁
}
↕
D
e
f
i
n
i
t
i
o
n
v
o
n
∩
=
A
∁
∩
B
∁
{\displaystyle {\begin{aligned}&(A\cup B)^{\complement }\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Definition\;von\;^{\complement }}}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\;|\;x\notin A\cup B\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Definition\;von\;\cup }}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\;|\;x\notin \{y\;|\;y\in A\lor y\in B\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Abstraktionsprinzip\;f{\ddot {u}}r\;x\notin \{y\,|\,y\in A\lor y\in B\}}}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\;|\;\neg \,(x\in A\lor x\in B)\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {de\;Morgansche\;Regel\;f{\ddot {u}}r\;\neg \;und\;\lor }}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\;|\;x\notin A\land x\notin B\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Abstraktionsprinzip\;f{\ddot {u}}r\;x\notin A\;und\;x\notin B}}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\;|\;x\in \{y\,|y\notin A\}\land x\in \{z\,|\,z\notin B\}\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Definition\;von\;\complement }}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\;|\;x\in A^{\complement }\land x\in B^{\complement }\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Definition\;von\;\cap }}\right.}\\[0.3em]=\;&A^{\complement }\cap B^{\complement }\end{aligned}}}
Lösung Teilaufgabe 3:
∅
∁
↕
D
e
f
i
n
i
t
i
o
n
v
o
n
∁
=
{
x
|
x
∉
∅
}
↕
x
∉
∅
i
s
t
i
m
m
e
r
w
a
h
r
=
{
x
|
x
=
x
}
↕
D
e
f
i
n
i
t
i
o
n
v
o
n
V
=
V
{\displaystyle {\begin{aligned}&\varnothing ^{\complement }\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Definition\;von\;^{\complement }}}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\,|\,x\notin \varnothing \}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ x\notin \varnothing \;{\mathsf {ist\;immer\;wahr}}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\,|\,x=x\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Definition\;von\;{\mathcal {V}}}}\right.}\\[0.3em]=\;&{\mathcal {V}}\end{aligned}}}
Lösung Teilaufgabe 4:
(
A
∩
B
)
∪
(
A
∩
B
∁
)
↕
D
e
f
i
n
i
t
i
o
n
v
o
n
∪
=
{
x
|
x
∈
(
A
∩
B
)
∨
x
∈
(
A
∩
B
∁
)
}
↕
D
e
f
i
n
i
t
i
o
n
v
o
n
∩
=
{
x
|
(
(
x
∈
A
)
∧
(
x
∈
B
)
)
∨
(
(
x
∈
A
)
∧
(
x
∈
B
∁
)
)
}
↕
D
i
s
t
r
i
b
u
t
i
v
g
e
s
e
t
z
v
o
n
∧
a
n
∨
=
{
x
|
(
x
∈
A
)
∧
(
(
x
∈
B
)
∨
(
x
∈
B
∁
)
)
}
↕
E
i
g
e
n
s
c
h
a
f
t
v
o
n
∨
=
{
x
|
(
x
∈
A
)
∧
T
}
↕
E
i
g
e
n
s
c
h
a
f
t
v
o
n
∧
=
{
x
|
(
x
∈
A
)
}
=
A
{\displaystyle {\begin{aligned}&(A\cap B)\cup (A\cap B^{\complement })\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Definition\;von\;\cup }}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\,|\,x\in (A\cap B)\,\lor \,x\in (A\cap B^{\complement })\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Definition\;von\;\cap }}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\,|\,((x\in A)\land (x\in B))\,\lor \,((x\in A)\land (x\in B^{\complement }))\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Distributivgesetz\;von\;\land \;an\;\lor }}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\,|\,(x\in A)\land ((x\in B)\,\lor \,(x\in B^{\complement }))\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Eigenschaft\;von\;\lor }}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\,|\,(x\in A)\land T\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Eigenschaft\;von\;\land }}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\,|\,(x\in A)\}\\[0.3em]=\;&A\end{aligned}}}
Lösung Teilaufgabe 5:
A
∩
(
B
∖
A
)
↕
D
e
f
i
n
i
t
i
o
n
v
o
n
∩
=
{
x
|
x
∈
A
∧
(
x
∈
B
∖
A
)
}
↕
D
e
f
i
n
i
t
i
o
n
v
o
n
∖
=
{
x
|
x
∈
A
∧
x
∈
B
∧
x
∉
A
}
↕
d
i
e
K
o
n
j
u
n
k
t
i
o
n
i
s
t
i
m
m
e
r
f
a
l
s
c
h
=
{
x
|
F
∧
x
∈
B
}
↕
E
i
g
e
n
s
c
h
a
f
t
v
o
n
∧
=
∅
{\displaystyle {\begin{aligned}&A\cap (B\setminus A)\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Definition\;von\;\cap }}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\,|\,x\in A\land (x\in B\setminus A)\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Definition\;von\;\setminus }}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\,|\,x\in A\land x\in B\land x\notin A\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {die\;Konjunktion\;ist\;immer\;falsch}}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\,|\,F\land x\in B\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Eigenschaft\;von\;\land }}\right.}\\[0.3em]=\;&\varnothing \end{aligned}}}
Lösung Teilaufgabe 6:
A
∪
(
B
∖
A
)
↕
D
e
f
i
n
i
t
i
o
n
v
o
n
∪
=
{
x
|
x
∈
A
∨
(
x
∈
B
∖
A
)
}
↕
D
e
f
i
n
i
t
i
o
n
v
o
n
−
=
{
x
|
x
∈
A
∨
(
x
∈
B
∧
x
∉
A
}
↕
E
i
g
e
n
s
c
h
a
f
t
v
o
n
∧
=
{
x
|
(
(
x
∈
A
)
∨
(
x
∈
B
)
)
∧
(
(
x
∈
A
)
∨
(
x
∉
A
)
)
}
↕
d
i
e
D
i
s
j
u
n
k
t
i
o
n
i
s
t
i
m
m
e
r
w
a
h
r
=
{
x
|
(
(
x
∈
A
)
∨
(
x
∈
B
)
)
∧
T
}
↕
D
e
f
i
n
i
t
i
o
n
v
o
n
∪
=
A
∪
B
{\displaystyle {\begin{aligned}&A\cup (B\setminus A)\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Definition\;von\;\cup }}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\,|\,x\in A\lor (x\in B\setminus A)\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Definition\;von\;-}}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\,|\,x\in A\lor (x\in B\land x\notin A\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Eigenschaft\;von\;\land }}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\,|\,((x\in A)\lor (x\in B))\land ((x\in A)\lor (x\notin A))\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {die\;Disjunktion\;ist\;immer\;wahr}}\right.}\\[0.3em]=\;&\{x\,|\,((x\in A)\lor (x\in B))\land T\}\\[0.3em]&{\color {OliveGreen}\left\updownarrow \ {\mathsf {Definition\;von\;\cup }}\right.}\\[0.3em]=\;&A\cup B\end{aligned}}}
Aufgabe (Große unendliche Vereinigung und Durchschnitt)
Seien die Mengen
A
i
=
{
1
,
2
,
3
,
.
.
.
,
i
}
{\displaystyle A_{i}=\{1,2,3,...,i\}}
für
i
=
1
,
2
,
3
,
.
.
.
{\displaystyle i=1,2,3,...}
. Findet die Vereinigung
⋃
i
=
1
n
A
i
{\displaystyle \bigcup \limits _{i=1}^{n}A_{i}}
.
Wie kommt man auf den Beweis? (Große unendliche Vereinigung und Durchschnitt)
Beachte, dass jeder Wert
i
=
1
,
2
,
3
,
.
.
.
{\displaystyle i=1,2,3,...}
eine Menge
A
i
=
{
1
,
2
,
3
,
.
.
.
,
i
}
{\displaystyle A_{i}=\{1,2,3,...,i\}}
bestimmt. Z.B. für
i
=
1
{\displaystyle i=1}
ist
A
1
=
{
1
}
{\displaystyle A_{1}=\{1\}}
, für
i
=
2
{\displaystyle i=2}
ist
A
2
=
{
1
,
2
}
{\displaystyle A_{2}=\{1,2\}}
, und für
i
=
3
{\displaystyle i=3}
ist
A
3
=
{
1
,
2
,
3
}
{\displaystyle A_{3}=\{1,2,3\}}
und so weiter.
Nach Definition von die große Vereinigung gilt
⋃
i
=
1
n
A
i
=
A
1
∪
A
2
∪
A
3
∪
.
.
.
∪
A
n
{\displaystyle \bigcup \limits _{i=1}^{n}A_{i}=A_{1}\cup A_{2}\cup A_{3}\cup ...\cup A_{n}}
.
Lösung (Große unendliche Vereinigung und Durchschnitt)
⋃
i
=
1
n
A
i
=
{
1
,
2
,
3
,
.
.
.
,
n
}
{\displaystyle \bigcup \limits _{i=1}^{n}A_{i}=\{1,2,3,...,n\}}
.
Lösung (Eigenschaften der symmetrischen Differenz)
Lösung Teilaufgabe 1:
A
△
A
=
(
A
∖
A
)
∪
(
A
∖
A
)
=
∅
∪
∅
=
∅
{\displaystyle A\triangle A=(A\setminus A)\cup (A\setminus A)=\varnothing \cup \varnothing =\varnothing }
Lösung Teilaufgabe 2:
A
△
∅
=
(
A
∖
∅
)
∪
(
∅
∖
A
)
=
A
∪
∅
=
A
{\displaystyle A\triangle \varnothing =(A\setminus \varnothing )\cup (\varnothing \setminus A)=A\cup \varnothing =A}
Lösung Teilaufgabe 3:
A
△
U
=
(
A
∖
U
)
∪
(
U
∖
A
)
=
∅
∪
A
∁
=
A
∁
{\displaystyle A\triangle U=(A\setminus U)\cup (U\setminus A)=\varnothing \cup A^{\complement }=A^{\complement }}
Lösung Teilaufgabe 4:
A
△
A
∁
=
(
A
∖
A
∁
)
∪
(
A
∁
∖
A
)
=
A
∪
A
∁
=
U
{\displaystyle A\triangle A^{\complement }=(A\setminus A^{\complement })\cup (A^{\complement }\setminus A)=A\cup A^{\complement }=U}
Verständnisfrage: Seien die Mengen
A
i
=
{
1
,
2
,
3
,
.
.
.
,
i
}
{\displaystyle A_{i}=\{1,2,3,...,i\}}
für
i
=
1
,
2
,
3
,
.
.
.
{\displaystyle i=1,2,3,...}
. Was sind die unendliche Vereinigung
⋃
i
=
1
∞
A
i
{\displaystyle \bigcup \limits _{i=1}^{\infty }A_{i}}
, und Durchschnitt
⋂
i
=
1
∞
A
i
{\displaystyle \bigcap \limits _{i=1}^{\infty }A_{i}}
?
Beachte, dass jeder Wert
i
=
1
,
2
,
3
,
.
.
.
{\displaystyle i=1,2,3,...}
eine Menge
A
i
=
{
1
,
2
,
3
,
.
.
.
,
i
}
{\displaystyle A_{i}=\{1,2,3,...,i\}}
bestimmt. Z.B. für
i
=
1
{\displaystyle i=1}
ist
A
1
=
{
1
}
{\displaystyle A_{1}=\{1\}}
, für
i
=
2
{\displaystyle i=2}
ist
A
2
=
{
1
,
2
}
{\displaystyle A_{2}=\{1,2\}}
, und für
i
=
3
{\displaystyle i=3}
ist
A
3
=
{
1
,
2
,
3
}
{\displaystyle A_{3}=\{1,2,3\}}
und so weiter.
Nach Definition von die große Vereinigung gilt
⋃
i
=
1
∞
A
i
=
A
1
∪
A
2
∪
A
3
∪
.
.
.
{\displaystyle \bigcup \limits _{i=1}^{\infty }A_{i}=A_{1}\cup A_{2}\cup A_{3}\cup ...}
.
Um die Elemente des Durchschnitts zu finden, müssen wir die gemeinsamen Elemente in den Mengen
A
i
{\displaystyle A_{i}}
ermitteln.
Nach Definition von die große Durchschnitt gilt
⋂
i
=
1
∞
A
i
=
A
1
∩
A
2
∩
A
3
∩
.
.
.
{\displaystyle \bigcap \limits _{i=1}^{\infty }A_{i}=A_{1}\cap A_{2}\cap A_{3}\cap ...}
.
Dann die unendliche Vereinigung und Durchschnitt in der Reihenfolge sind:
⋃
i
=
1
∞
A
i
=
{
1
,
2
,
3
,
.
.
.
}
=
Z
+
{\displaystyle \bigcup \limits _{i=1}^{\infty }A_{i}=\{1,2,3,...\}=\mathbb {Z} ^{+}}
, und
⋂
i
=
1
∞
A
i
=
{
1
}
{\displaystyle \bigcap \limits _{i=1}^{\infty }A_{i}=\{1\}}