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Algebra · real student question

设 U 为全集,A、B、C 是 U 的子集。下列哪一个正确?(1) A − (B ∪ C) = (A − B) ∪ (A − C);(2) (A ∩ B) − C = (A − C) ∩ (B − C);(3) A − (B − C) = A ∩ (B′ ∩ C′);(4) (A ∪ B) − C = A ∪ (B − C)。

Question

设 UU 为全集,且 A,B,C⊆UA,B,C\subseteq U。下列命题中哪一个是正确的?

  1. A−(B∪C)=(A−B)∪(A−C)A-(B\cup C)=(A-B)\cup(A-C)
  2. (A∩B)−C=(A−C)∩(B−C)(A\cap B)-C=(A-C)\cap(B-C)
  3. A−(B−C)=A∩(B′∩C′)A-(B-C)=A\cap(B'\cap C')
  4. (A∪B)−C=A∪(B−C)(A\cup B)-C=A\cup(B-C)

Step-by-step solution

  1. 先把每个差集都改写成「与补集求交」。 只用 X−Y=X∩Y′X-Y=X\cap Y' 这一条规则,四个命题就全变成纯粹的交、并、补运算,德摩根律可以机械地套上去。盯着韦恩图猜很容易出错,而这样改写不会。

  2. 检验命题 1。 左边:A−(B∪C)=A∩(B∪C)′=A∩B′∩C′A-(B\cup C)=A\cap(B\cup C)'=A\cap B'\cap C'。右边:(A∩B′)∪(A∩C′)=A∩(B′∪C′)(A\cap B')\cup(A\cap C')=A\cap(B'\cup C')。两者不同——一个属于 AA、属于 BB 但不属于 CC 的元素在右边而不在左边。错。(正确的版本是 A−(B∩C)=(A−B)∪(A−C)A-(B\cap C)=(A-B)\cup(A-C)。)

  3. 检验命题 2。 左边:(A∩B)−C=(A∩B)∩C′=A∩B∩C′(A\cap B)-C=(A\cap B)\cap C'=A\cap B\cap C'。右边:(A∩C′)∩(B∩C′)=A∩B∩C′∩C′=A∩B∩C′(A\cap C')\cap(B\cap C')=A\cap B\cap C'\cap C'=A\cap B\cap C',这里用到了幂等律 C′∩C′=C′C'\cap C'=C'。两边完全相同。对。

  4. 检验命题 3。 左边:A−(B−C)=A∩(B∩C′)′=A∩(B′∪C)A-(B-C)=A\cap(B\cap C')'=A\cap(B'\cup C)。而声称的右边是 A∩B′∩C′A\cap B'\cap C'。取 x∈A∩B∩Cx\in A\cap B\cap C:则 xx 在左边(因为 x∈Cx\in C),却不在右边(因为 x∈Bx\in B 且 x∈Cx\in C)。错。

  5. 检验命题 4。 左边:(A∪B)∩C′=(A∩C′)∪(B∩C′)(A\cup B)\cap C'=(A\cap C')\cup(B\cap C')。右边:A∪(B∩C′)A\cup(B\cap C')。任何 x∈A∩Cx\in A\cap C 都在右边而不在左边,因为左边把 CC 整个都挖掉了,包括落在 AA 里的那部分。错。

  6. 下结论。

    只有命题 2 正确\boxed{\text{只有命题 2 正确}}

    一个具体的反例就能同时否掉那三个:取 U={1,2,3}U=\{1,2,3\}、A={1,2,3}A=\{1,2,3\}、B={1}B=\{1\}、C={2}C=\{2\}。这时命题 1 变成 {3}={1,2,3}\{3\}=\{1,2,3\},命题 3 变成 {2,3}={3}\{2,3\}=\{3\},命题 4 变成 {1,3}={1,2,3}\{1,3\}=\{1,2,3\}——全都不成立——而命题 2 变成 {1}={1}\{1\}=\{1\}。

Answer

命题 2:(A∩B)−C=(A−C)∩(B−C)\text{命题 2:}(A\cap B)-C=(A-C)\cap(B-C)

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