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数学I

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

レベル

集合の演算と要素の個数

A∩BA \cap B(共通部分)は「AA かつ BB」、A∪BA \cup B(和集合)は「AA または BB」、A‾\overline{A}(補集合)は全体集合のうち AA に属さない要素の集合です。

ド・モルガンの法則と個数の公式
A∪B‾=A‾∩B‾,A∩B‾=A‾∪B‾\overline{A \cup B} = \overline{A} \cap \overline{B},\qquad \overline{A \cap B} = \overline{A} \cup \overline{B}
n(A∪B)=n(A)+n(B)−n(A∩B)n(A \cup B) = n(A) + n(B) - n(A \cap B)

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 50+33−16=6750 + 33 - 16 = 67 個です。

必要条件と十分条件

命題「p⇒qp \Rightarrow q」が真のとき、pp は qq であるための十分条件、qq は pp 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。

集合で考える

条件 pp, qq を満たすものの集合を PP, QQ とすると、「p⇒qp \Rightarrow q が真」  ⟺  P⊂Q\iff P \subset Q です。例えば pp: x>3x > 3、qq: x>1x > 1 なら P⊂QP \subset Q なので、pp は qq 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。x2=4⇒x=2x^2 = 4 \Rightarrow x = 2 は x=−2x = -2 が反例なので偽です。

否定・逆・裏・対偶

「pp かつ qq」の否定は「p‾\overline{p} または q‾\overline{q}」、「すべての xx について pp」の否定は「ある xx について p‾\overline{p}」です。

命題「p⇒qp \Rightarrow q」に対して、逆は「q⇒pq \Rightarrow p」、裏は「p‾⇒q‾\overline{p} \Rightarrow \overline{q}」、対偶は「q‾⇒p‾\overline{q} \Rightarrow \overline{p}」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。「2\sqrt{2} 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。