Khái niệm tập hợp, phần tử, tập con, hai tập hợp bằng nhau, tập hợp rỗng. Mối quan hệ N ⊂ Z ⊂ Q ⊂ R, các tập con thường dùng của R (khoảng, đoạn, nửa khoảng). Các phép toán giao, hợp, hiệu, phần bù và công thức số phần tử n(A ∪ B) = n(A) + n(B) - n(A ∩ B).
Bộ sách Kết nối tri thức với cuộc sống • SGK Toán 10 (Trang 12 - 19)
Câu lạc bộ Lịch sử có 12 thành viên (không có hai bạn nào trùng tên), tổ chức hai chuyên đề trên một phần mềm họp trực tuyến. Tên các thành viên tham gia mỗi chuyên đề được hiển thị trên màn hình:
Gồm 7 bạn: Nam, Hương, Chi, Tú, Bình, Ngân, Khánh.
Gồm 6 bạn: Khánh, Hân, Hiền, Nam, Lam, Bình.
Bài học này sẽ giúp em trả lời chính xác câu hỏi trên bằng các khái niệm cơ bản về tập hợp và các phép toán trên tập hợp.
Hình 1.1: Danh sách tham gia các chuyên đề của CLB Lịch sử
Ở lớp 6, ta đã làm quen với khái niệm tập hợp và các kí hiệu: thuộc ($\in$), không thuộc ($\notin$).
Gọi $A$ là tập hợp các thành viên tham gia Chuyên đề 1, $B$ là tập hợp các thành viên tham gia Chuyên đề 2 trong tình huống mở đầu.
a) Liệt kê các phần tử của tập hợp $A$ và tập hợp $B$.
b) Bạn Khánh có thuộc tập hợp $A$ không? Có thuộc tập hợp $B$ không?
a) $A = \{\text{Nam; Hương; Chi; Tú; Bình; Ngân; Khánh}\}$;
$B = \{\text{Khánh; Hân; Hiền; Nam; Lam; Bình}\}$.
b) Bạn Khánh thuộc cả hai tập hợp: $\text{Khánh} \in A$ và $\text{Khánh} \in B$.
Kí hiệu $\mathbb{N}$ là tập hợp các số tự nhiên. Các khẳng định sau đúng hay sai?
a) $4 \in \mathbb{N}$; b) $\dfrac{3}{2} \in \mathbb{N}$.
a) Đúng, vì 4 là số tự nhiên.
b) Sai, vì $\dfrac{3}{2} = 1{,}5$ là số hữu tỉ không nguyên nên $\dfrac{3}{2} \notin \mathbb{N}$.
a) Gọi $E$ là tập hợp các số tự nhiên chẵn nhỏ hơn 10. Liệt kê các phần tử của $E$ và cho biết $n(E)$.
b) Nêu tính chất đặc trưng của $P = \{1; 4; 9; 16; 25\}$.
c) Tìm tập nghiệm thực của phương trình $x^2 + 1 = 0$.
a) Gọi $T$ là tập hợp các số nguyên tố nhỏ hơn 10. Hãy liệt kê các phần tử của tập hợp $T$.
b) Viết tập hợp các nghiệm thực của phương trình $x^2 - x + 1 = 0$.
Trong tình huống mở đầu, gọi $C$ là tập hợp các bạn tham gia cả hai chuyên đề: $C = \{\text{Nam; Bình; Khánh}\}$. Có nhận xét gì về các phần tử của $C$ đối với tập hợp $A$?
Cho hai tập hợp $A = \{1; 2\}$ và $B = \{1; 2; 3; 4\}$.
Vì $1 \in A \Rightarrow 1 \in B$ và $2 \in A \Rightarrow 2 \in B$ nên mọi phần tử của $A$ đều là phần tử của $B$. Do đó $A \subset B$.
Cho hai tập hợp: $A = \{n \in \mathbb{N} \mid n \text{ chia hết cho } 6\}$ và $B = \{n \in \mathbb{N} \mid n \text{ chia hết cho } 2 \text{ và } 3\}$. Hãy so sánh tập hợp $A$ và tập hợp $B$.
Hai tập hợp $S$ và $T$ được gọi là bằng nhau, kí hiệu là $S = T$, nếu $S \subset T$ và $T \subset S$.
Nói cách khác: $$S = T \iff (\forall x, \, x \in S \Leftrightarrow x \in T)$$
Cho $A = \{x \in \mathbb{R} \mid x^2 - 4x + 3 = 0\}$ và $B = \{1; 3\}$. Giải thích vì sao $A = B$.
Hai tập hợp sau có bằng nhau không?
$A = \{x \in \mathbb{Z} \mid -2 \le x \le 2\}$ và $B = \{-2; -1; 0; 1; 2\}$.
Ta đã biết các tập hợp số quen thuộc: $\mathbb{N}$ (tập hợp số tự nhiên), $\mathbb{Z}$ (tập hợp số nguyên), $\mathbb{Q}$ (tập hợp số hữu tỉ), và $\mathbb{R}$ (tập hợp số thực).
Cho các số: $-3; \, 0; \, \dfrac{1}{2}; \, \sqrt{2}; \, 5$. Mỗi số đó thuộc những tập hợp nào trong các tập hợp $\mathbb{N}, \mathbb{Z}, \mathbb{Q}, \mathbb{R}$?
| Số | Tập hợp số tự nhiên $\mathbb{N}$ | Tập hợp số nguyên $\mathbb{Z}$ | Tập hợp số hữu tỉ $\mathbb{Q}$ | Tập hợp số thực $\mathbb{R}$ |
|---|---|---|---|---|
| -3 | $\notin$ | $\in$ | $\in$ | $\in$ |
| 0 | $\in$ | $\in$ | $\in$ | $\in$ |
| 1/2 | $\notin$ | $\notin$ | $\in$ | $\in$ |
| $\sqrt{2}$ | $\notin$ | $\notin$ | $\notin$ | $\in$ |
| 5 | $\in$ | $\in$ | $\in$ | $\in$ |
$$\mathbb{N} \subset \mathbb{Z} \subset \mathbb{Q} \subset \mathbb{R}$$
Các khẳng định sau đúng hay sai?
a) $\sqrt{2} \in \mathbb{Q}$; b) $-\dfrac{3}{5} \in \mathbb{R}$; c) $\mathbb{N} \subset \mathbb{Q}$.
Điền kí hiệu thích hợp ($\in, \notin, \subset$) vào ô trống:
a) $-3 \;\square\; \mathbb{N}$; b) $-3 \;\square\; \mathbb{Z}$;
c) $-3 \;\square\; \mathbb{Q}$; d) $\mathbb{Z} \;\square\; \mathbb{Q}$.
Cho hai tập hợp $C = \{x \in \mathbb{R} \mid x \ge 3\}$ và $D = \{x \in \mathbb{R} \mid x > 3\}$. Các mệnh đề sau đúng hay sai?
| Tên gọi | Kí hiệu | Tập hợp | Biểu diễn trên trục số |
|---|---|---|---|
| Khoảng | $(a; b)$ | $\{x \in \mathbb{R} \mid a < x < b\}$ | |
| $(a; +\infty)$ | $\{x \in \mathbb{R} \mid x > a\}$ | ||
| $(-\infty; b)$ | $\{x \in \mathbb{R} \mid x < b\}$ | ||
| $(-\infty; +\infty)$ | $\mathbb{R}$ | ||
| Đoạn | $[a; b]$ | $\{x \in \mathbb{R} \mid a \le x \le b\}$ | |
| Nửa khoảng | $[a; b)$ | $\{x \in \mathbb{R} \mid a \le x < b\}$ | |
| $(a; b]$ | $\{x \in \mathbb{R} \mid a < x \le b\}$ | ||
| $[a; +\infty)$ | $\{x \in \mathbb{R} \mid x \ge a\}$ | ||
| $(-\infty; b]$ | $\{x \in \mathbb{R} \mid x \le b\}$ |
Viết các tập hợp sau dưới dạng các khoảng, đoạn, nửa khoảng trong $\mathbb{R}$ rồi biểu diễn trên trục số:
• $C = \{x \in \mathbb{R} \mid 2 \le x \le 7\}$
• $D = \{x \in \mathbb{R} \mid x < 2\}$
Hãy ghép mỗi dòng ở cột bên trái với một dòng thích hợp ở cột bên phải:
| Cột bên trái | Cột bên phải |
|---|---|
| 1) $x \in [2; 5]$ | a) $2 < x \le 5$ |
| 2) $x \in (2; 5]$ | b) $x \ge 7$ |
| 3) $x \in [7; +\infty)$ | c) $7 < x < 10$ |
| 4) $x \in (7; 10)$ | d) $2 \le x \le 5$ |
| e) $2 \le x < 5$ |
Viết tập hợp $X$ gồm những thành viên tham gia cả hai chuyên đề 1 và 2 trong tình huống mở đầu. Tập hợp $X$ có phải là tập con của tập hợp $A$ không? Tập hợp $X$ có phải là tập con của tập hợp $B$ không? (với $A, B$ là các tập hợp trong HĐ1).
Tập hợp gồm các phần tử thuộc cả hai tập hợp $S$ và $T$ gọi là giao của hai tập hợp $S$ và $T$, kí hiệu là $S \cap T$.
$$S \cap T = \{x \mid x \in S \text{ và } x \in T\}$$
Như vậy: $x \in S \cap T \iff (x \in S \text{ và } x \in T)$.
a) Cho $C = \{4; 7; 27\}$ và $D = \{2; 4; 9; 27; 36\}$. Hãy xác định tập hợp $C \cap D$.
b) Cho hai tập hợp $E = [1; +\infty)$ và $F = (-\infty; 3]$. Hãy xác định tập hợp $E \cap F$.
Cho các tập hợp $C = [1; 5]$, $D = [-2; 3]$. Hãy xác định tập hợp $C \cap D$.
Trở lại tình huống mở đầu, hãy xác định tập hợp các thành viên tham gia Chuyên đề 1 hoặc Chuyên đề 2.
Tập hợp gồm các phần tử thuộc tập hợp $S$ hoặc thuộc tập hợp $T$ gọi là hợp của hai tập hợp $S$ và $T$, kí hiệu là $S \cup T$.
$$S \cup T = \{x \mid x \in S \text{ hoặc } x \in T\}$$
Như vậy: $x \in S \cup T \iff (x \in S \text{ hoặc } x \in T)$.
a) $C = \{2; 3; 4; 7\}$ và $D = \{-1; 2; 3; 4; 6\}$.
$\Rightarrow C \cup D = \{-1; 2; 3; 4; 6; 7\}$.
b) $E = (-1; 2]$ và $F = [0; 3]$.
$\Rightarrow E \cup F = (-1; 3]$.
Giải bài toán tình huống mở đầu:
Gọi $A, B$ lần lượt là tập hợp các bạn tham gia Chuyên đề 1 và 2. Ta có $A \cup B$ gồm 10 bạn (Nam, Hương, Chi, Tú, Bình, Ngân, Khánh, Hân, Hiền, Lam).
Số thành viên vắng mặt trong cả hai chuyên đề là:
$$12 - 10 = 2 \text{ (thành viên).}$$
Biểu diễn $A \cup B$ bằng biểu đồ Ven với $A, B$ trong HĐ1:
Trở lại tình huống mở đầu, hãy xác định tập hợp các thành viên chỉ tham gia Chuyên đề 1 mà không tham gia Chuyên đề 2.
• Hiệu của hai tập hợp $S$ và $T$ là tập hợp gồm các phần tử thuộc $S$ nhưng không thuộc $T$, kí hiệu là $S \setminus T$.
$$S \setminus T = \{x \mid x \in S \text{ và } x \notin T\}$$
• Nếu $T \subset S$ thì $S \setminus T$ được gọi là phần bù của $T$ trong $S$, kí hiệu là $C_S T$.
Cho các tập hợp: $D = \{-2; 3; 5; 6\}$;
$E = \{x \mid x \text{ là số nguyên tố nhỏ hơn } 10\}$;
$X = \{x \mid x \text{ là số nguyên dương nhỏ hơn } 10\}$.
a) Tìm $D \setminus E$ và $E \setminus D$.
b) $E$ có là tập con của $X$ không? Hãy tìm phần bù của $E$ trong $X$ (nếu có).
Tìm phần bù của các tập hợp sau trong $\mathbb{R}$:
a) $(-\infty; -2)$; b) $[-5; +\infty)$.
Lớp 10A có 24 bạn tham gia thi đấu bóng đá và cầu lông, trong đó có 16 bạn thi đấu bóng đá và 11 bạn thi đấu cầu lông. Giả sử các trận bóng đá và cầu lông không tổ chức đồng thời. Hỏi có bao nhiêu bạn lớp 10A tham gia thi đấu cả bóng đá và cầu lông?
Gọi $A$ là tập hợp các bạn tham gia thi đấu bóng đá $\Rightarrow n(A) = 16$.
Gọi $B$ là tập hợp các bạn tham gia thi đấu cầu lông $\Rightarrow n(B) = 11$.
Tập hợp các bạn tham gia cả hai môn là $A \cap B$, có số phần tử là $x = n(A \cap B)$.
Tập hợp các bạn tham gia ít nhất một môn là $A \cup B$, có $n(A \cup B) = 24$.
Thay số vào ta được: $24 = 16 + 11 - x \iff 24 = 27 - x \iff x = 3$.
Vậy có 3 bạn lớp 10A tham gia thi đấu cả hai môn bóng đá và cầu lông.
Thuộc cả $S$ VÀ $T$
$x \in S \text{ và } x \in T$
Thuộc $S$ HOẶC $T$
$x \in S \text{ hoặc } x \in T$
Thuộc $S$ nhưng KHÔNG thuộc $T$
$x \in S \text{ và } x \notin T$
Khi $T \subset S$, là phần hiệu $S \setminus T$.