İçeriğe geç
Educora
Orta25 dk2 / 68

Kümeler ve küme işlemleri

CSCA matematiğinin ilk konusu: kümelerin gösterimi (liste, ortak özellik, aralıklar, Venn şemaları), alt kümeler ve sayıları 2ⁿ, birleşim, kesişim ve tümleyen, içerme–dışlama ilkesiyle sayma, gerek ve yeter şartlar.

Kendini test et
Bu derste öğreneceklerin
  • Kümeleri liste, ortak özellik, aralık ve Venn şemasıyla okumak ve yazmak, ∈ ile ⊆ işaretlerini ayırt etmek
  • Alt kümeleri 2ⁿ ile saymak ve boş kümeyi unutmadan parametreli alt küme sorularını çözmek
  • Birleşim, kesişim ve tümleyeni sayı doğrusunda ya da Venn şemasında bulmak, eleman sayısını içerme–dışlama ilkesiyle hesaplamak
  • Çözüm kümelerini karşılaştırarak bir koşulun yeter, gerek, gerek ve yeter şart olup olmadığını ya da hiçbiri olmadığını belirlemek

Bir sınıftaki 40 öğrenciden 25’i İngilizce, 18’i Çince, 8’i ise her iki dili öğreniyor. Kaç öğrenci bu dillerin hiçbirini öğrenmiyor? 25 + 18 toplamında bu 8 kişi iki kez sayıldı; bu yüzden en az bir dili 35 öğrenci öğreniyor, hiçbirini ise 5 öğrenci. İşte kümelerle düşünmek budur. CSCA’nın resmî müfredatı matematiğe kümelerle başlar ve küme sorusu genellikle testin başlarında gelir: gösterimler otomatikleştiyse bir dakikadan kısa sürer. Bu derste kümeleri yazmayı, alt kümeleri saymayı, küme işlemlerini, eleman saymayı ve gerek ve yeter şartları küme diliyle okumayı öğreneceksin. Kümeleri tanımlayan eşitsizliklerin çözümü bir sonraki dersin, «Eşitsizlikler: özellikler, ikinci dereceden ve rasyonel eşitsizlikler» dersinin konusudur.

Küme ve gösterim biçimleri

Tanım
Küme (集合) ve eleman (元素)

Küme, iyi tanımlanmış ve birbirinden farklı nesnelerin, yani elemanlarının topluluğudur. a ∈ A “a, A’nın elemanıdır”, a ∉ A ise “elemanı değildir” demektir. Bir kümenin elemanları belirlidir (her nesne için kümede olup olmadığı söylenebilir), farklıdır (hiçbir eleman tekrar etmez) ve sırasızdır: {1, 2, 3} = {3, 1, 2}. Hiç elemanı olmayan küme boş kümedir: ∅.

Bir küme dört yolla yazılabilir. Liste yöntemi (列举法): {1, 2, 3}. Ortak özellik yöntemi (描述法): {x ∈ R | x > 2}, “x > 2 olan tüm gerçek x’ler” diye okunur; çizginin solundaki harf temsilci elemandır ve kümenin hangi nesnelerden oluştuğunu o belirler. Gerçek sayı kümeleri için aralıklar, örneğin [1, 4) = {x | 1 ≤ x < 4}: köşeli parantez uç noktayı dahil eder, yuvarlak parantez etmez; ∞ her zaman yuvarlak parantezle yazılır. Venn şemaları (Venn 图): evrensel küme U bir dikdörtgen, kümeler ise içindeki daireler olarak çizilir. Sayı kümeleri: N doğal sayılar, N* (veya N₊) pozitif tam sayılar, Z tam sayılar, Q rasyonel sayılar, R gerçek sayılar.

Örnek 1 (CSCA tarzı): elemanlar farklıdır

A = {1, a + 2, a²} ve 4 ∈ A. a kaçtır?
A) 2 B) −2 C) 2 veya −2 D) böyle bir a yoktur

Çözümü göster
Ya a + 2 = 4 ya da a² = 4 olmalı.
a + 2 = 4 ise a = 2 olur; ama o zaman a² = 4 de olur ve A = {1, 4, 4} çıkar: eleman tekrar ediyor, yani a = 2 olamaz.
a² = 4 ise a = 2 (elendi) veya a = −2; bu durumda A = {1, 0, 4}, üç farklı eleman. Cevap B.
A ve C elemanların farklı olmasını kontrol etmez; D ise a = −2’yi aceleyle eler.
Örnek 2: çizginin solundaki harf ne söylüyor?

A = {y | y = x² − 2x}, B = {x | y = √(3 − x)}, C = {(x, y) | y = x² − 2x}. A ∩ B ve A ∩ C kümelerini bul.

Çözümü göster
A, y değerlerinden oluşur: y = (x − 1)² − 1 ≥ −1, yani A = [−1, +∞).
B, izin verilen x’lerden oluşur: 3 − x ≥ 0, yani B = (−∞, 3].
A ∩ B = [−1, 3].
C parabolün noktalarından oluşan bir kümedir, A ise sayılardan oluşur; bu yüzden A ∩ C = ∅. (Tanım ve görüntü kümeleri genel olarak «Fonksiyonlar ve özellikleri» dersindedir.)

Alt kümeler ve sayıları

Tanım
Alt küme (子集) ve öz alt küme (真子集)

A’nın her elemanı B’de de varsa A, B’nin alt kümesidir: A ⊆ B. Ayrıca B’nin A’da olmayan bir elemanı da varsa A, B’nin öz alt kümesidir: A ⫋ B (A ⊊ B veya A ⊂ B de yazılır). A ⊆ B ve B ⊆ A ise ve yalnızca bu durumda A = B’dir. Boş küme her kümenin alt kümesi, boş olmayan her kümenin de öz alt kümesidir. İki işareti karıştırma: 1 ∈ {1, 2} (eleman), ama {1} ⊆ {1, 2} (küme).

alt küme: 2ⁿ öz alt küme: 2ⁿ − 1 boş olmayan öz alt küme: 2ⁿ − 2
burada:
  • nkümenin eleman sayısı

Her eleman alt kümede ya vardır ya yoktur: eleman başına 2 seçenek, toplam 2ⁿ. Öz alt kümeler için kümenin kendisini, boş olmayan öz alt kümeler için ayrıca ∅’yi çıkarırız.

Örnek 3: alt küme sayısı — üç kısa durum

1) {x ∈ N | x ≤ 3} kümesinin kaç alt kümesi vardır?
2) {x ∈ Z | x² ≤ 4} kümesinin boş olmayan kaç öz alt kümesi vardır?
3) {1, 2} ⊆ M ⊆ {1, 2, 3, 4, 5} koşulunu sağlayan kaç M kümesi vardır?

Çözümü göster
1) N sıfırı içerir: küme {0, 1, 2, 3}, n = 4, yani 16 alt küme vardır (0’ı unutursan 8 çıkar).
2) x² ≤ 4 ⇒ x ∈ {−2, −1, 0, 1, 2}, n = 5: 2⁵ − 2 = 30.
3) 1 ve 2 kesinlikle M’dedir, yalnızca 3, 4, 5 serbesttir: 2³ = 8 küme.
Örnek 4 (CSCA tarzı): ∅’yi unutma

A = {x | −2 ≤ x ≤ 5}, B = {x | m + 1 ≤ x ≤ 2m − 1} ve B ⊆ A. m’nin alabileceği değerler hangisidir?
A) 2 ≤ m ≤ 3 B) m ≤ 3 C) −3 ≤ m ≤ 3 D) m < 2

Çözümü göster
1. durum, B = ∅: m + 1 > 2m − 1, yani m < 2. Boş küme A’nın alt kümesidir, bu yüzden bu m’lerin hepsi uygundur.
2. durum, B ≠ ∅ (m ≥ 2): m + 1 ≥ −2 ve 2m − 1 ≤ 5 olmalı, yani m ≥ −3 ve m ≤ 3; m ≥ 2 ile birlikte 2 ≤ m ≤ 3.
İki durumun birleşimi: m ≤ 3, cevap B.
A klasik hatadır (∅ unutulmuş); C, B’yi boş olmayan yapan m ≥ 2 koşulunu atar; D yalnızca boş durumu tutar.

Birleşim, kesişim ve tümleyen

A ∪ B = {x | x ∈ A veya x ∈ B} A ∩ B = {x | x ∈ A ve x ∈ B} ∁ᵤA = {x | x ∈ U, x ∉ A}
burada:
  • A ∪ Bbirleşim (并集): kümelerden en az birinde bulunan elemanlar
  • A ∩ Bkesişim (交集): her iki kümede de bulunan elemanlar
  • ∁ᵤAA’nın U evrensel kümesine (全集) göre tümleyeni (补集); başka kitaplarda A′, Ā veya Aᶜ

Birleşim “veya”, kesişim “ve”, tümleyen “değil” demektir. Tümleyen her zaman U’ya göre alınır; sayı kümeleri için U verilmemişse U = R’dir. Her zaman A ∩ B ⊆ A ⊆ A ∪ B; A ∩ B = A ve A ∪ B = B eşitliklerinin ikisi de A ⊆ B demektir.

UABA ∩ ∁ᵤBA ∩ B∁ᵤA ∩ B∁ᵤ(A ∪ B)
U’nun her elemanı bu dört bölgeden tam olarak birindedir. Bölgelerin bir kısmı verilen soruyu şemayı doldurarak çöz.
  1. 1
    Her koşulu çöz

    Her tanımı bir aralığa ya da aralıkların birleşimine çevir (ikinci dereceden ve kesirli koşullar: «Eşitsizlikler: özellikler, ikinci dereceden ve rasyonel eşitsizlikler» dersi).

  2. 2
    Tek bir sayı doğrusu çiz

    Tüm uç noktaları sırayla işaretle: dahil olan uç için dolu, dahil olmayan için boş nokta.

  3. 3
    İşlemi oku

    Kesişim: taramaların üst üste geldiği yer; birleşim: en az birinin tarandığı yer; tümleyen: U’nun taranmamış kısmı.

  4. 4
    Her uç noktayı kontrol et

    Her uç için ayrı ayrı sor: A’da mı? B’de mi? Tümleyen dolu ve boş noktaları değiştirir: ∁ᵣ[1, 4) = (−∞, 1) ∪ [4, +∞).

Örnek 5: aralıklarla işlemler

U = R, A = [−1, 3), B = (1, 5]. A ∩ B, A ∪ B, ∁ᵣA ve (∁ᵣA) ∩ B kümelerini bul.

Çözümü göster
Tek bir sayı doğrusunda: −1 (dolu), 1 (boş), 3 (boş), 5 (dolu).
A ∩ B = (1, 3): 1, B’nin; 3 de A’nın elemanı değildir.
A ∪ B = [−1, 5]: 3, B’dedir, bu yüzden boşluk kapanır.
∁ᵣA = (−∞, −1) ∪ [3, +∞): uç noktalar değişir.
(∁ᵣA) ∩ B = [3, 5].
Örnek 6 (CSCA tarzı): Venn şemasını doldur

U = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}, A ∩ (∁ᵤB) = {1, 3}, (∁ᵤA) ∩ B = {2, 6} ve ∁ᵤ(A ∪ B) = {5, 8}. A kümesi hangisidir?
A) {1, 3} B) {1, 3, 4, 7} C) {4, 7} D) {1, 3, 5, 8}

Çözümü göster
Dört bölgeden üçü verilmiş; dördüncüsü, A ∩ B, U’nun geri kalan elemanlarıdır: {4, 7}.
A = (yalnızca A) ∪ (ikisi de) = {1, 3} ∪ {4, 7} = {1, 3, 4, 7}, cevap B.
A seçeneği A’nın yalnızca B dışındaki kısmıdır; C, A ∩ B’dir; D “B’nin dışı” ile “ikisinin de dışı”nı karıştırır.
∁ᵤ(A ∪ B) = (∁ᵤA) ∩ (∁ᵤB) ∁ᵤ(A ∩ B) = (∁ᵤA) ∪ (∁ᵤB)
burada:
  • ∁ᵤU evrensel kümesine göre tümleyen

De Morgan kuralları: tümleyen birleşimi kesişime, kesişimi de birleşime çevirir. “(A veya B) değil” = “A değil ve B değil”.

Örnek 7: De Morgan zaman kazandırır

1) U = {1, 2, …, 10}, A = {1, 2, 3, 4}, B = {3, 4, 5, 6}. (∁ᵤA) ∩ (∁ᵤB) kümesini bul.
2) U = R, A = (−∞, 2], B = (0, +∞). (∁ᵣA) ∪ (∁ᵣB) kümesini bul.

Çözümü göster
1) İki tümleyen bulmak yerine: ∁ᵤ(A ∪ B) = ∁ᵤ{1, …, 6} = {7, 8, 9, 10}.
2) ∁ᵣ(A ∩ B) = ∁ᵣ(0, 2] = (−∞, 0] ∪ (2, +∞). Kontrol: ∁ᵣA = (2, +∞), ∁ᵣB = (−∞, 0]; birleşimleri aynıdır.

Eleman sayma: içerme–dışlama ilkesi

|A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|
burada:
  • |A|sonlu A kümesinin eleman sayısı (Türkiye’de s(A); ayrıca n(A) veya card(A))

|A| ile |B| toplanınca ortak kısım iki kez sayılır, bu yüzden bir kez çıkarılır.

Örnek 8: iki küme

1) 50 turistten 32’si Pekin’de, 21’i Şanghay’da bulunmuş, 9’u ise hiçbirine gitmemiş. Kaç turist her iki şehirde de bulunmuş?
2) 1’den 100’e kadar kaç tam sayı 2’ye veya 5’e bölünür?

Çözümü göster
1) En az bir şehirde: 50 − 9 = 41 turist. 41 = 32 + 21 − x ⇒ x = 12.
2) 2’nin katları 50, 5’in katları 20, ikisinin de (yani 10’un) katları 10: 50 + 20 − 10 = 60.
|A ∪ B ∪ C| = |A| + |B| + |C| − |A ∩ B| − |A ∩ C| − |B ∩ C| + |A ∩ B ∩ C|
burada:
  • |A ∩ B ∩ C|üç kümenin hepsinde bulunan elemanların sayısı

Tekleri topla, ikilileri çıkar, üçlüyü geri ekle: merkez 3 kez eklenir ve 3 kez çıkarılır, bu yüzden bir kez daha eklenmelidir.

Örnek 9 (CSCA tarzı): üç kulüp

45 kişilik bir sınıfta 24 öğrenci matematik, 20 öğrenci fizik, 16 öğrenci kimya kulübüne gidiyor; 9 öğrenci matematik ve fizik, 7 öğrenci matematik ve kimya, 6 öğrenci fizik ve kimya kulübüne, 3 öğrenci ise üçüne de gidiyor. Kaç öğrenci hiçbir kulübe gitmiyor?
A) 41 B) 4 C) 7 D) 10

Çözümü göster
En az bir kulübe gidenler: 24 + 20 + 16 − 9 − 7 − 6 + 3 = 41, yani hiçbirine gitmeyenler 45 − 41 = 4: B.
C (7) üç kulübe de giden 3 öğrenciyi geri eklemeyi unutur; D (10) onları eklemek yerine çıkarır; A (41) başka bir sorunun cevabıdır.

Gerek ve yeter şartlar

Tanım
Yeter şart (充分条件) ve gerek şart (必要条件)

p ⇒ q ise (p doğru olduğunda q da doğrudur) p, q için yeter şart, q da p için gerek şarttır. p ⇒ q ve q ⇒ p, yani p ⇔ q ise p, q için gerek ve yeter şarttır (充要条件). p ⇒ q’nun yanlış olduğunu göstermek için tek bir karşı örnek yeter.

P ⊆ Q ⇔ (p ⇒ q)
burada:
  • Pp’yi sağlayan tüm x’lerin kümesi: P = {x | p(x)}
  • Qq’yu sağlayan tüm x’lerin kümesi: Q = {x | q(x)}

Küme resmi: çözüm kümesi küçük olan koşul büyük olanı gerektirir. “Küçük ⇒ büyük”: küçük küme yeter şart, büyük küme gerek şarttır (Çin ders kitaplarında 小范围推出大范围).

P ve Q kümelerip, q için
P ⫋ Qyeter ama gerek olmayan (充分不必要)
Q ⫋ Pgerek ama yeter olmayan (必要不充分)
P = Qgerek ve yeter (充要)
hiçbiri diğerinin alt kümesi değilne yeter ne gerek (既不充分也不必要)
CSCA’da dört olası cevap genellikle tam bu sırayla A–D seçenekleri olarak verilir.
Örnek 10: hangi tür şart? Dört kısa durum

p, q için ne tür bir şarttır?
1) p: x > 3, q: x > 1.
2) p: x² = 4, q: x = 2.
3) p: |x − 1| < 2, q: −1 < x < 3.
4) p: xy > 0, q: x > 0 ve y > 0.

Çözümü göster
1) (3, +∞) ⫋ (1, +∞): yeter ama gerek değil (x = 2, q ⇒ p için karşı örnektir).
2) P = {−2, 2}, Q = {2}, Q ⫋ P: gerek ama yeter değil (x = −2).
3) |x − 1| < 2 ⇔ −2 < x − 1 < 2 ⇔ −1 < x < 3, aynı küme: gerek ve yeter.
4) q ⇒ xy > 0; ama x = y = −1 için xy > 0 olur ve q sağlanmaz: gerek ama yeter değil.
Örnek 11 (CSCA tarzı): parametre ve uç nokta

p: 1 ≤ x ≤ 3; q: x < a. p, q için yeter ama gerek olmayan bir şart ise a’nın alabileceği değerler hangisidir?
A) a ≥ 3 B) a > 3 C) a ≤ 1 D) a > 1

Çözümü göster
“p yeter şarttır”, P = [1, 3] ⊆ Q = (−∞, a) demektir. 3 dahil 3’e kadar her x, x < a’yı sağlamalıdır: a > 3. O zaman P ⫋ Q kendiliğinden olur (0, Q’dadır ama P’de değildir), yani p gerek şart değildir. Cevap B.
A, a = 3’e izin verir; ama o zaman x = 3, P’dedir ve Q’da değildir; D yalnızca kümelerin kesişmesini sağlar; C gerektirmenin yönünü karıştırır.
Etkileşimli
Simülasyon yükleniyor…
Her kartı kendi grubuna sürükle ve Kontrol Et’e bas. P ve Q çözüm kümelerini karşılaştır: küçük küme yeter şarttır.

CSCA bu konuyu nasıl soruyor

  • Aralıklarla işlemler: A ikinci dereceden bir eşitsizlikle, B basit bir koşulla verilir; A ∩ B, A ∪ B veya A ∩ ∁ᵣB bulunur. Tek bir sayı doğrusu çiz, uç noktaları en son kontrol et.
  • U’su verilmiş sonlu kümeler: tümleyenler ve De Morgan kuralları; üç-dört bölge verilmişse Venn şemasını doldur.
  • Alt küme sayısı: önce n’yi bul (0 ∈ N, aralıktaki tam sayılar), sonra 2ⁿ, 2ⁿ − 1 veya 2ⁿ − 2.
  • Parametreler: “B ⊆ A”, “A ∩ B = B”, “A ∪ B = A” hepsi B ⊆ A demektir: önce B = ∅ durumunu dene; listenin içinde bir harf varsa elemanların farklı olduğunu kontrol et.
  • İnsan sayma: içerme–dışlama ilkesi ya da doldurulmuş şema; sorunun “en az biri”, “tam olarak biri” veya “hiçbiri”ni sorduğunu dikkatle oku.
  • Şartlar: p ve q’yu kümelere çevir ve karşılaştır; seçeneklerdeki uç noktaları tek bir değerle dene. Süre: bu sorulara 40–60 saniye ayır ki zor sorulara zaman kalsın.
Terim中文Pinyin
küme — set集合jíhé
eleman — element元素yuánsù
boş küme — empty set空集kōngjí
alt küme — subset子集zǐjí
öz alt küme — proper subset真子集zhēn zǐjí
evrensel küme — universal set全集quánjí
birleşim — union并集bìngjí
kesişim — intersection交集jiāojí
tümleyen — complement补集bǔjí
aralık — interval区间qūjiān
Venn şeması — Venn diagramVenn 图 / 韦恩图Venn tú / Wéi’ēn tú
yeter şart — sufficient condition充分条件chōngfèn tiáojiàn
gerek şart — necessary condition必要条件bìyào tiáojiàn
gerek ve yeter şart — necessary and sufficient condition充要条件chōngyào tiáojiàn
Test İngilizce ya da Çince verilir: terimleri iki dilde de tanı.

Önemli noktalar

  • Bir kümenin elemanları belirli, farklı ve sırasızdır; çizginin solundaki harf kümenin neyden oluştuğunu söyler (x sayıları, y değerleri ya da (x, y) noktaları); Çin’de 0 ∈ N.
  • n elemanlı bir kümenin 2ⁿ alt kümesi, 2ⁿ − 1 öz alt kümesi ve 2ⁿ − 2 boş olmayan öz alt kümesi vardır; ∅ her kümenin alt kümesidir.
  • A ∪ B “veya”, A ∩ B “ve”, ∁ᵤA “U’da ama A’da değil” demektir; tümleyen uç noktaları değiştirir; ∁ᵤ(A ∪ B) = ∁ᵤA ∩ ∁ᵤB.
  • |A ∪ B| = |A| + |B| − |A ∩ B|; üç kümede tekleri topla, ikilileri çıkar, üçlüyü ekle.
  • p ⇒ q ⇔ P ⊆ Q: küçük küme yeter, büyük küme gerek şarttır; kümeler eşitse şart gerek ve yeterdir.

Kendini test et

12 soru. Her doğru cevap XP kazandırır.

1 / 12
Hangi bağıntı doğrudur?

Konu testi: 20 soru · 25 dk

Dersi bitirdin mi? Bu konudaki süreli testle kendini dene.

Teste başla