A 数学语言、集合与条件控制 · 05

交集与并集

面对两个集合,真正要判断的是每个元素满足哪一种归属条件:只保留两边共有的元素,还是收集至少属于一边的元素。分清“且”与包含共同情形的“或”,就能确定交集与并集。

交集

交集:同时属于两个集合

先看第一种筛选方式:一个元素必须同时通过 $A$ 与 $B$ 两个归属条件,才能进入结果集合。

一般地,由所有既属于集合 $A$ 又属于集合 $B$ 的元素组成的集合,称为 $A$ 与 $B$ 的交集,记作 $A\cap B$。

把“同时属于”写成元素条件,就得到交集的描述:

$$A\cap B=\{x\mid x\in A\text{,且 }x\in B\}.$$

公式中的“且”要求两个归属条件同时成立。只属于 $A$ 或只属于 $B$ 的元素都不能进入交集;如果两个集合没有公共元素,那么它们的交集就是空集。

并集

并集:至少属于一个集合

换一种筛选方式,只要元素至少通过一个归属条件,就要把它收入结果集合。

由所有属于集合 $A$ 或属于集合 $B$ 的元素组成的集合,称为 $A$ 与 $B$ 的并集,记作 $A\cup B$。

把“至少属于一个”写成元素条件,就得到并集的描述:

$$A\cup B=\{x\mid x\in A\text{,或 }x\in B\}.$$

这里的“或”包含三种情形:只属于 $A$、只属于 $B$、同时属于 $A$ 与 $B$。它不是排除共同情形的二选一。公共元素虽然同时来自两个集合,但作为集合元素进入并集时仍只写一次。

求交集与并集

用同一组集合分别求交集和并集

用同一组集合分别求交集和并集,可以直接看清“且”和“或”会保留哪些元素。设

$$A=\{4,5,6,8\},\qquad B=\{3,5,7,8\}.$$

先检查“且”:只有 $5$ 和 $8$ 同时属于 $A$ 与 $B$,所以

$$A\cap B=\{5,8\}.$$

再检查“或”:$3,4,5,6,7,8$ 中的每个数都至少属于一个集合,而且没有其他数满足条件,所以

$$A\cup B=\{3,4,5,6,7,8\}.$$

下面仍使用这两个集合。先看元素位于椭圆 $A$、椭圆 $B$ 还是两者的交叠区域,再比较交集与并集分别突出哪些部分。

交集:只突出重叠区域

两个归属条件都为“是”才保留。

集合 A 与 B 的交集图 绘图边界内有两个相交椭圆。4、6 只在 A 中,5、8 在重叠区域,3、7 只在 B 中。只有重叠区域被突出。 A B 4 6 5 8 3 7

$A\cap B=\{5,8\}$

并集:突出两个椭圆覆盖的全部区域

至少一个归属条件为“是”就保留。

集合 A 与 B 的并集图 绘图边界内有两个相交椭圆。4、6 只在 A 中,5、8 在重叠区域,3、7 只在 B 中。两个椭圆覆盖的全部区域都被突出,包括重叠区域。 A B 4 6 5 8 3 7

$A\cup B=\{3,4,5,6,7,8\}$

左图只突出两个椭圆的重叠区域,所以交集是 $\{5,8\}$;右图突出两个椭圆覆盖的全部区域,重叠部分也包含在内,但公共元素 $5$ 和 $8$ 仍只写一次。椭圆及重叠区域的面积只表示归属关系,不表示元素个数。

接下来,把图中的区域判断还原为逐个元素的归属判断。

逐个判断元素

判断方法:逐个追踪元素的去向

交集与并集使用同一组归属信息,区别只在保留元素的条件不同。

判断交集

对每个候选元素连续问:它属于 $A$ 吗?它也属于 $B$ 吗?两个回答都为“是”才保留。

判断并集

只要至少一个回答为“是”就保留,再按集合元素的互异性去掉重复。

交集关注两个集合的公共部分,并集关注两个集合合在一起覆盖的全部对象。两种运算都不改变原来元素的身份,只是依据不同的归属条件重新确定哪些元素进入结果集合。

核心结论

核心理解:先读懂“且”与“或”

$A\cap B$ 的元素必须同时通过两个归属条件;$A\cup B$ 的元素只需至少通过一个归属条件。

并集中的“或”包含共同情形;公共元素进入结果集合时仍只写一次。

逐个追踪元素归属 → 读取“且”或“或” → 确定交集或并集。