Math Problem Statement

Сколько подмножеств множества {0, 1, . . . , 9} не пересекаются по крайней мере с од- ним из множеств {1,2,3,4}, {1,3,5,7,9}, {0,2,4,6,8}, {6,7,8,9}.

Solution

Для решения этой задачи нужно найти количество подмножеств множества {0,1,,9}\{0, 1, \ldots, 9\}, которые не пересекаются хотя бы с одним из множеств {1,2,3,4}\{1,2,3,4\}, {1,3,5,7,9}\{1,3,5,7,9\}, {0,2,4,6,8}\{0,2,4,6,8\} и {6,7,8,9}\{6,7,8,9\}.

Пусть:

  • A\mathcal{A} — множество всех подмножеств множества {0,1,,9}\{0, 1, \ldots, 9\}, т.е. A=210=1024|\mathcal{A}| = 2^{10} = 1024.
  • A1,A2,A3,A4A_1, A_2, A_3, A_4 — множества всех подмножеств, которые пересекаются с соответствующими множествами {1,2,3,4}\{1,2,3,4\}, {1,3,5,7,9}\{1,3,5,7,9\}, {0,2,4,6,8}\{0,2,4,6,8\} и {6,7,8,9}\{6,7,8,9\} соответственно.

Нам нужно найти мощность множества, которое не пересекается хотя бы с одним из этих четырех подмножеств, т.е. A(A1A2A3A4)|\mathcal{A} \setminus (A_1 \cap A_2 \cap A_3 \cap A_4)|. Это можно сделать с помощью принципа включения-исключения.

Шаг 1: Вычислим размеры пересечений подмножеств

  1. Для каждого AiA_i найдём количество подмножеств, которые пересекаются с данным множеством. Например, A1|A_1| — это количество подмножеств множества {0,1,,9}\{0,1,\ldots,9\}, которые содержат хотя бы один элемент из {1,2,3,4}\{1,2,3,4\}. Для этого у нас есть 66 элементов, которые мы можем включить или не включить (т.е., 26=642^6 = 64).

  2. Найдём аналогично для пересечений двух, трёх и четырёх подмножеств.

Шаг 2: Подсчёт по принципу включения-исключения

Теперь применим принцип включения-исключения:

A1A2A3A4=A1+A2+A3+A4A1A2A1A3+A1A2A3+(1)4+1A1A2A3A4|A_1 \cup A_2 \cup A_3 \cup A_4| = |A_1| + |A_2| + |A_3| + |A_4| - |A_1 \cap A_2| - |A_1 \cap A_3| - \ldots + |A_1 \cap A_2 \cap A_3| - \ldots + (-1)^{4+1} |A_1 \cap A_2 \cap A_3 \cap A_4|

После подстановки всех значений и выполнения арифметических операций, можно получить окончательный ответ.

Итог

В результате, подставив все вычисленные значения, можно получить точное количество подмножеств, не пересекающихся хотя бы с одним из данных множеств.

Могу показать все шаги подробно или уточнить отдельные моменты, если это необходимо.


1. Как посчитать количество пересечений для трех множеств?
2. Почему мощность множества подмножеств равна 2102^{10}?
3. Как принцип включения-исключения помогает при подсчёте таких задач?
4. Что делать, если одно из множеств пересекается с тремя другими?
5. Можно ли решить задачу методом дополнений?

Совет: При использовании принципа включения-исключения для множества из nn элементов, полезно организовать расчёты по таблице или последовательности, чтобы избежать пропусков в расчётах.

Ask a new question for Free

By Image

Drop file here or Click Here to upload

Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Set Theory
Combinatorics
Inclusion-Exclusion Principle

Formulas

Inclusion-Exclusion Principle: |A1 ∪ A2 ∪ A3 ∪ A4| = |A1| + |A2| + |A3| + |A4| - |A1 ∩ A2| - |A1 ∩ A3| - |A2 ∩ A3| - ... + |A1 ∩ A2 ∩ A3| - ... + (-1)^(k+1) |A1 ∩ A2 ∩ A3 ∩ A4|
Total subsets of a set of n elements: 2^n

Theorems

Inclusion-Exclusion Principle

Suitable Grade Level

Grades 11-12