卡在這題?用 AI 解開它
Algebra · real student question

設 U 為宇集,A、B、C 是 U 的子集。下列哪一個正確?(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

設 UU 為宇集,且 A,B,C⊆UA,B,C\subseteq U。下列敘述中哪一個是正確的?

  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. 把每個差集都改寫成「與補集取交集」。 只靠 X−Y=X∩Y′X-Y=X\cap Y' 這一條規則,四個敘述就全變成純粹的交、聯、補運算,狄摩根定律可以機械地套上去。盯著文氏圖用猜的很容易出錯,這樣改寫則不會。

  2. 檢驗敘述 1。 左式:A−(B∪C)=A∩(B∪C)′=A∩B′∩C′A-(B\cup C)=A\cap(B\cup C)'=A\cap B'\cap C'。右式:(A∩B′)∪(A∩C′)=A∩(B′∪C′)(A\cap B')\cup(A\cap C')=A\cap(B'\cup C')。兩者不同 —— 一個屬於 AA、屬於 BB 卻不屬於 CC 的元素會落在右式而不在左式。不成立。(正確的版本是 A−(B∩C)=(A−B)∪(A−C)A-(B\cap C)=(A-B)\cup(A-C)。)

  3. 檢驗敘述 2。 左式:(A∩B)−C=(A∩B)∩C′=A∩B∩C′(A\cap B)-C=(A\cap B)\cap C'=A\cap B\cap C'。右式:(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',這裡用到了冪等律 C′∩C′=C′C'\cap C'=C'。兩式完全相同。成立。

  4. 檢驗敘述 3。 左式:A−(B−C)=A∩(B∩C′)′=A∩(B′∪C)A-(B-C)=A\cap(B\cap C')'=A\cap(B'\cup C)。而聲稱的右式是 A∩B′∩C′A\cap B'\cap C'。取 x∈A∩B∩Cx\in A\cap B\cap C:這時 xx 在左式裡(因為 x∈Cx\in C),卻不在右式裡(因為 x∈Bx\in B 且 x∈Cx\in C)。不成立。

  5. 檢驗敘述 4。 左式:(A∪B)∩C′=(A∩C′)∪(B∩C′)(A\cup B)\cap C'=(A\cap C')\cup(B\cap C')。右式:A∪(B∩C′)A\cup(B\cap C')。任何 x∈A∩Cx\in A\cap C 都在右式而不在左式,因為左式把 CC 整個都挖掉了,包含落在 AA 裡的那一部分。不成立。

  6. 下結論。

    只有敘述 2 正確\boxed{\text{只有敘述 2 正確}}

    一個具體的反例就能一次推翻那三個: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\}。這時敘述 1 讀作 {3}={1,2,3}\{3\}=\{1,2,3\},敘述 3 讀作 {2,3}={3}\{2,3\}=\{3\},敘述 4 讀作 {1,3}={1,2,3}\{1,3\}=\{1,2,3\} —— 全都不成立 —— 而敘述 2 讀作 {1}={1}\{1\}=\{1\}。

Answer

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

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