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conceptos:conjuntos [2026/08/24 06:35] – modulusconceptos:conjuntos [2026/09/14 11:35] (actual) – [Referencia rápida] modulus
Línea 98: Línea 98:
  
 representa el conjunto formado por los elementos x de A que satisfacen la propiedad P. representa el conjunto formado por los elementos x de A que satisfacen la propiedad P.
 +
 +La definición de un conjunto por enumeración de sus miembros se llama extensional, y por las propiedades suficientes se denomina intensional.
  
 ===== Subconjuntos ===== ===== Subconjuntos =====
Línea 273: Línea 275:
  
 En ese caso decimos que A y B son disjuntos. En ese caso decimos que A y B son disjuntos.
- 
-La definición de un conjunto por enumeración de sus miembros se llama extensional, y por las propiedades suficientes se denomina intensional. 
  
 ==== Diferencia ==== ==== Diferencia ====
Línea 379: Línea 379:
  
 Este ejemplo muestra la estrecha relación existente entre las operaciones con conjuntos y las operaciones de la lógica proposicional. Este ejemplo muestra la estrecha relación existente entre las operaciones con conjuntos y las operaciones de la lógica proposicional.
 +
 +===== Identidades entre conjuntos =====
 +
 +Las operaciones entre conjuntos satisfacen numerosas identidades que resultan útiles para simplificar expresiones y realizar demostraciones.
 +
 +Aunque conviene familiarizarse con las más importantes, no es necesario memorizarlas todas. Muchas pueden reconstruirse estudiando qué significa que un elemento pertenezca a cada uno de los conjuntos implicados.
 +
 +==== Correspondencia entre conjuntos y lógica ====
 +
 +Existe una estrecha relación entre las operaciones con conjuntos y las operaciones de la lógica.
 +
 +Para un elemento x,
 +
 +x en A inter B
 +
 +si y sólo si
 +
 +x en A y x en B.
 +
 +Por tanto,
 +
 +x en A inter B <-> x en A y x en B.
 +
 +De forma análoga,
 +
 +x en A union B <-> x en A o x en B.
 +
 +Si todos los conjuntos considerados son subconjuntos de un conjunto de referencia U, podemos representar el complemento de A mediante
 +
 +U \ A.
 +
 +Para x en U,
 +
 +x en U \ A <-> no(x en A).
 +
 +La inclusión también puede expresarse lógicamente:
 +
 +A sub B <-> pt x: x en A -> x en B.
 +
 +Por último, dos conjuntos son iguales cuando tienen exactamente los mismos elementos:
 +
 +A = B <-> pt x: x en A <-> x en B.
 +
 +Por tanto, podemos establecer la siguiente correspondencia:
 +
 +  * inter corresponde a y.
 +  * union corresponde a o.
 +  * complemento corresponde a no.
 +  * sub corresponde a una implicación para todos los elementos.
 +  * igualdad corresponde a una equivalencia para todos los elementos.
 +
 +La correspondencia no significa que una operación conjuntista y una operación lógica sean literalmente el mismo objeto. Significa que la pertenencia a los conjuntos resultantes se caracteriza mediante las operaciones lógicas correspondientes.
 +
 +Esta relación permite trasladar muchas identidades lógicas a identidades entre conjuntos.
 +
 +==== Idempotencia ====
 +
 +La unión o intersección de un conjunto consigo mismo no lo modifica:
 +
 +A union A = A
 +
 +A inter A = A.
 +
 +Podemos comprobar la primera identidad tomando un elemento cualquiera x:
 +
 +x en A union A <->
 +
 +x en A o x en A <->
 +
 +x en A.
 +
 +De manera análoga,
 +
 +x en A inter A <->
 +
 +x en A y x en A <->
 +
 +x en A.
 +
 +Por tanto,
 +
 +A union A = A
 +
 +y
 +
 +A inter A = A.
 +
 +==== Identidad y absorción por el conjunto vacío ====
 +
 +El conjunto vacío actúa de manera diferente respecto de la unión y la intersección:
 +
 +A union {} = A
 +
 +A inter {} = {}.
 +
 +Para la unión,
 +
 +x en A union {} <->
 +
 +x en A o x en {} <->
 +
 +x en A,
 +
 +porque ningún elemento pertenece a {}.
 +
 +Para la intersección,
 +
 +x en A inter {} <->
 +
 +x en A y x en {}.
 +
 +La segunda condición nunca se cumple, por lo que ningún x pertenece a la intersección. Así,
 +
 +A inter {} = {}.
 +
 +Si trabajamos dentro de un conjunto de referencia U, también tenemos
 +
 +A union U = U
 +
 +A inter U = A.
 +
 +==== Conmutatividad ====
 +
 +La unión y la intersección son conmutativas:
 +
 +A union B = B union A
 +
 +A inter B = B inter A.
 +
 +Por ejemplo,
 +
 +x en A union B <->
 +
 +x en A o x en B <->
 +
 +x en B o x en A <->
 +
 +x en B union A.
 +
 +La demostración para la intersección es análoga y utiliza la conmutatividad de la conjunción lógica.
 +
 +==== Asociatividad ====
 +
 +La unión y la intersección son asociativas:
 +
 +(A union B) union C = A union (B union C)
 +
 +(A inter B) inter C = A inter (B inter C).
 +
 +Por ejemplo,
 +
 +x en (A union B) union C <->
 +
 +(x en A o x en B) o x en C <->
 +
 +x en A o (x en B o x en C) <->
 +
 +x en A union (B union C).
 +
 +Gracias a la asociatividad podemos escribir expresiones como
 +
 +A union B union C
 +
 +sin necesidad de indicar mediante paréntesis qué unión se realiza primero.
 +
 +Lo mismo ocurre con la intersección.
 +
 +==== Distributividad ====
 +
 +La intersección distribuye sobre la unión:
 +
 +A inter (B union C) = (A inter B) union (A inter C).
 +
 +Para demostrarlo, tomamos un elemento cualquiera x:
 +
 +x en A inter (B union C) <->
 +
 +x en A y (x en B o x en C) <->
 +
 +(x en A y x en B) o (x en A y x en C) <->
 +
 +x en (A inter B) union (A inter C).
 +
 +También la unión distribuye sobre la intersección:
 +
 +A union (B inter C) = (A union B) inter (A union C).
 +
 +La demostración sigue el mismo procedimiento:
 +
 +x en A union (B inter C) <->
 +
 +x en A o (x en B y x en C) <->
 +
 +(x en A o x en B) y (x en A o x en C) <->
 +
 +x en (A union B) inter (A union C).
 +
 +En la aritmética, el producto distribuye sobre la suma:
 +
 +a*(b+c) = a*b+a*c.
 +
 +Sin embargo, la suma no distribuye sobre el producto. En general,
 +
 +a+(b*c) != (a+b)*(a+c).
 +
 +En cambio, para las operaciones con conjuntos, la intersección distribuye
 +sobre la unión y la unión distribuye sobre la intersección.
 +
 +Esta propiedad recibe a veces el nombre de doble distributividad.
 +
 +==== Absorción ====
 +
 +La unión y la intersección satisfacen las siguientes identidades de absorción:
 +
 +A union (A inter B) = A
 +
 +A inter (A union B) = A.
 +
 +Para la primera,
 +
 +x en A union (A inter B) <->
 +
 +x en A o (x en A y x en B) <->
 +
 +x en A.
 +
 +La proposición
 +
 +P o (P y Q)
 +
 +equivale simplemente a P.
 +
 +Análogamente,
 +
 +P y (P o Q)
 +
 +equivale a P,
 +
 +lo que proporciona la segunda identidad.
 +
 +==== Complemento ====
 +
 +Supongamos que trabajamos dentro de un conjunto de referencia U.
 +
 +El complemento de A respecto de U es
 +
 +U \ A.
 +
 +Tenemos:
 +
 +A union (U \ A) = U
 +
 +A inter (U \ A) = {}
 +
 +U \ (U \ A) = A.
 +
 +Las dos primeras identidades corresponden a las propiedades lógicas
 +
 +P o no(P)
 +
 +y
 +
 +P y no(P).
 +
 +En lógica clásica, la primera es siempre verdadera y la segunda siempre falsa.
 +
 +**Nota constructiva:** la identidad
 +
 +A union (U \ A) = U
 +
 +depende, para conjuntos definidos mediante propiedades arbitrarias, de poder decidir para cada x en U si x en A o x noen A. En un marco constructivo esta propiedad no puede darse por supuesta para cualquier conjunto o predicado. En cambio,
 +
 +A inter (U \ A) = {}
 +
 +no requiere la ley del tercero excluido.
 +
 +==== Leyes de De Morgan ====
 +
 +El complemento transforma uniones en intersecciones e intersecciones en uniones.
 +
 +Tenemos
 +
 +U \ (A union B) = (U \ A) inter (U \ B)
 +
 +y
 +
 +U \ (A inter B) = (U \ A) union (U \ B).
 +
 +La primera identidad puede demostrarse traduciendo la pertenencia a lógica:
 +
 +x en U \ (A union B) <->
 +
 +no(x en A union B) <->
 +
 +no(x en A o x en B) <->
 +
 +no(x en A) y no(x en B) <->
 +
 +x en (U \ A) inter (U \ B).
 +
 +La segunda corresponde a la otra ley de De Morgan:
 +
 +no(P y Q) <-> no(P) o no(Q).
 +
 +**Nota constructiva:** conviene distinguir las dos direcciones de esta última equivalencia. La implicación
 +
 +no(P) o no(Q) -> no(P y Q)
 +
 +es constructivamente válida, pero la implicación inversa no lo es en general. Por tanto, la segunda identidad de De Morgan requiere principios clásicos cuando se interpreta sobre predicados arbitrarios.
 +
 +==== Diferencia de conjuntos ====
 +
 +La diferencia puede expresarse mediante intersección y complemento:
 +
 +A \ B = A inter (U \ B),
 +
 +si A y B son subconjuntos del conjunto de referencia U.
 +
 +También se cumplen:
 +
 +A \ {} = A
 +
 +{} \ A = {}
 +
 +A \ A = {}.
 +
 +Otra identidad útil es
 +
 +(A \ B) \ C = A \ (B union C).
 +
 +Podemos reconstruirla mediante lógica:
 +
 +x en (A \ B) \ C <->
 +
 +x en A y no(x en B) y no(x en C) <->
 +
 +x en A y no(x en B o x en C) <->
 +
 +x en A \ (B union C).
 +
 +==== Inclusión y operaciones ====
 +
 +La inclusión permite obtener varias propiedades útiles.
 +
 +Si
 +
 +A sub B,
 +
 +entonces
 +
 +A inter B = A
 +
 +y
 +
 +A union B = B.
 +
 +También se cumple el recíproco:
 +
 +A sub B <-> A inter B = A
 +
 +y
 +
 +A sub B <-> A union B = B.
 +
 +Estas equivalencias proporcionan distintas maneras de demostrar una inclusión.
 +
 +Por ejemplo, en lugar de demostrar directamente
 +
 +A sub B,
 +
 +en algunos casos puede resultar más cómodo demostrar
 +
 +A inter B = A.
 +
 +==== Igualdad mediante pertenencia ====
 +
 +La técnica general utilizada en las demostraciones anteriores merece hacerse explícita.
 +
 +Para demostrar
 +
 +A = B,
 +
 +podemos tomar un elemento arbitrario x y demostrar
 +
 +x en A <-> x en B.
 +
 +Si conseguimos transformar la condición de pertenencia a A en la condición de pertenencia a B mediante equivalencias lógicas, hemos demostrado que ambos conjuntos tienen exactamente los mismos elementos.
 +
 +Por ejemplo:
 +
 +x en A inter (B union C) <->
 +
 +x en A y (x en B o x en C) <->
 +
 +(x en A y x en B) o (x en A y x en C) <->
 +
 +x en (A inter B) union (A inter C).
 +
 +Por tanto,
 +
 +A inter (B union C) = (A inter B) union (A inter C).
 +
 +Este procedimiento permite reconstruir muchas identidades entre conjuntos sin necesidad de memorizarlas.
 +
 +==== Referencia rápida ====
 +
 +Para conjuntos A, B y C:
 +
 +  * A union A = A.
 +  * A inter A = A.
 +  * A union {} = A.
 +  * A inter {} = {}.
 +  * A union B = B union A.
 +  * A inter B = B inter A.
 +  * (A union B) union C = A union (B union C).
 +  * (A inter B) inter C = A inter (B inter C).
 +  * A inter (B union C) = (A inter B) union (A inter C).
 +  * A union (B inter C) = (A union B) inter (A union C).
 +  * A union (A inter B) = A.
 +  * A inter (A union B) = A.
 +  * A \ {} = A.
 +  * {} \ A = {}.
 +  * A \ A = {}.
 +  * (A \ B) \ C = A \ (B union C).
 +
 +Si A, B sub U:
 +
 +  * A union U = U.
 +  * A inter U = A.
 +  * A union (U \ A) = U.
 +  * A inter (U \ A) = {}.
 +  * U \ (U \ A) = A.
 +  * U \ (A union B) = (U \ A) inter (U \ B).
 +  * U \ (A inter B) = (U \ A) union (U \ B).
 +
 +Para la inclusión:
 +
 +  * A sub B <-> A inter B = A.
 +  * A sub B <-> A union B = B.
  
 ===== Conjunto potencia ===== ===== Conjunto potencia =====
Línea 516: Línea 955:
 Este punto de vista permite tratar de la misma manera ecuaciones, desigualdades y otras condiciones matemáticas: buscamos el conjunto de objetos que satisfacen una determinada propiedad. Este punto de vista permite tratar de la misma manera ecuaciones, desigualdades y otras condiciones matemáticas: buscamos el conjunto de objetos que satisfacen una determinada propiedad.
  
-===== Referencia rápida ===== 
- 
-  * x en A: x pertenece al conjunto A. 
-  * x noen A: x no pertenece al conjunto A. 
-  * A sub B: A es subconjunto de B. 
-  * {}: conjunto sin elementos. 
-  * A union B: unión de A y B. 
-  * A inter B: intersección de A y B. 
-  * A \ B: elementos de A que no pertenecen a B. 
-  * P(A): conjunto de todos los subconjuntos de A. 
-  * (a,b): par ordenado formado por a y b. 
-  * A x B: producto cartesiano de A y B. 
-  * {x en A : P(x)}: elementos de A que satisfacen la propiedad P. 
-  * (a,b): intervalo abierto entre los números reales a y b. 
-  * [a,b]: intervalo cerrado entre los números reales a y b. 
  
 ===== Ejercicios ===== ===== Ejercicios =====
conceptos/conjuntos.1787553316.txt.gz · Última modificación: por modulus