集合と命題の練習問題と解き方
集合はベン図や数直線で、命題は集合の包含関係で考えると、必要条件・十分条件の判定がぐっと楽になります。
基礎・標準・発展:高校1年・1学期
数学の問題ジェネレーター
集合の演算と要素の個数
(共通部分)は「 かつ 」、(和集合)は「 または 」、(補集合)は全体集合のうち に属さない要素の集合です。
例:1 から 100 までの整数のうち 2 または 3 で割り切れる数は 個です。
必要条件と十分条件
命題「」が真のとき、 は であるための十分条件、 は であるための必要条件といいます。両方向が真なら必要十分条件です。
条件 , を満たすものの集合を , とすると、「 が真」 です。例えば : 、: なら なので、 は の十分条件です。
偽であることを示すには反例を 1 つ挙げれば十分です。 は が反例なので偽です。
否定・逆・裏・対偶
「 かつ 」の否定は「 または 」、「すべての について 」の否定は「ある について 」です。
命題「」に対して、逆は「」、裏は「」、対偶は「」です。命題と対偶の真偽は一致するので、直接示しにくい命題は対偶を証明します。「 は無理数」のように、結論を否定して矛盾を導く方法を背理法といいます。
例題(解き方つき)
全体集合を とし、その部分集合 , について、次の集合の要素をすべて求めよ。
- (1)
- (2)
- (3)
ヒント
ベン図をかいて、それぞれの部分に要素を書き込むとわかりやすくなります。
答え
- (1)
- (2)
- (3)
解き方
(1)
(2)
(3)
1 から 250 までの整数のうち、3 でも 8 でも割り切れない数は何個あるか。
ヒント
と、補集合の個数 を使います。
答え
解き方
3 の倍数は 83 個、8 の倍数は 31 個、3 と 8 の公倍数(24 の倍数)は 10 個。
3 または 8 で割り切れる数は 個なので
が無理数であることを、背理法を用いて証明せよ。
ヒント
有理数と仮定して (, は互いに素)とおき、矛盾を導きます。
答え
が有理数であると仮定すると、互いに素な自然数 , を用いて と表せる。両辺を 2 乗して となるので は偶数、よって も偶数である。( は自然数)とおくと より となり、 も偶数である。これは , が互いに素であることに矛盾する。したがって は無理数である。
解き方
が有理数であると仮定すると、互いに素な自然数 , を用いて と表せる。両辺を 2 乗して となるので は偶数、よって も偶数である。( は自然数)とおくと より となり、 も偶数である。これは , が互いに素であることに矛盾する。したがって は無理数である。
練習問題
全体集合を とし、その部分集合 , について、次の集合の要素をすべて求めよ。
- (1)
- (2)
- (3)
ヒント
ベン図をかいて、それぞれの部分に要素を書き込むとわかりやすくなります。
答え
- (1)
- (2)
- (3)
解き方
(1)
(2)
(3)
, は実数とする。条件・命題「」の否定として正しいものを選べ。
- ア または
- イ または
- ウ かつ
- エ または
ヒント
ド・モルガンの法則:「 かつ 」の否定は「 または 」です。
答え
解き方
否定は「 または 」。
は整数とする。2 つの集合 , について、 であるとき、次の問いに答えよ。
- (1) の値を求めよ。
- (2) の要素をすべて求めよ。
ヒント
となる の候補を求め、それぞれ , を書き出して条件を確かめます。
答え
- (1)
- (2)
解き方
より、 の要素のどれかが になる。その候補は 。
それぞれ調べると
条件を満たすのは で、このとき