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

Рассмотрим задачу на пересечения подмножеств.

Нам нужно найти количество подмножеств множества S={0,1,,9}S = \{0, 1, \dots, 9\}, которые не пересекаются по крайней мере с одним из множеств:

  1. A={1,2,3,4}A = \{1, 2, 3, 4\}
  2. B={1,3,5,7,9}B = \{1, 3, 5, 7, 9\}
  3. C={0,2,4,6,8}C = \{0, 2, 4, 6, 8\}
  4. D={6,7,8,9}D = \{6, 7, 8, 9\}

Шаг 1: Общее количество подмножеств

Всего у множества SS из 10 элементов количество подмножеств равно 210=10242^{10} = 1024.

Шаг 2: Используем принцип включения-исключения

Для того чтобы найти количество подмножеств, которые не пересекаются хотя бы с одним из множеств AA, BB, CC, DD, будем применять принцип включения-исключения.

Обозначим через X|X| количество подмножеств множества SS, которые не пересекаются с XX.

  1. A=2104=26=64|A'| = 2^{10 - 4} = 2^6 = 64
  2. B=2105=25=32|B'| = 2^{10 - 5} = 2^5 = 32
  3. C=2105=25=32|C'| = 2^{10 - 5} = 2^5 = 32
  4. D=2104=26=64|D'| = 2^{10 - 4} = 2^6 = 64

Теперь найдём количества для парных, тройных и четверных пересечений.

Шаг 3: Парные пересечения

  1. AB=2106=24=16|A' \cap B'| = 2^{10 - 6} = 2^4 = 16
  2. AC=2106=24=16|A' \cap C'| = 2^{10 - 6} = 2^4 = 16
  3. AD=2105=25=32|A' \cap D'| = 2^{10 - 5} = 2^5 = 32
  4. BC=2107=23=8|B' \cap C'| = 2^{10 - 7} = 2^3 = 8
  5. BD=2107=23=8|B' \cap D'| = 2^{10 - 7} = 2^3 = 8
  6. CD=2106=24=16|C' \cap D'| = 2^{10 - 6} = 2^4 = 16

Шаг 4: Тройные пересечения

  1. ABC=2108=22=4|A' \cap B' \cap C'| = 2^{10 - 8} = 2^2 = 4
  2. ABD=2107=23=8|A' \cap B' \cap D'| = 2^{10 - 7} = 2^3 = 8
  3. ACD=2107=23=8|A' \cap C' \cap D'| = 2^{10 - 7} = 2^3 = 8
  4. BCD=2108=22=4|B' \cap C' \cap D'| = 2^{10 - 8} = 2^2 = 4

Шаг 5: Четверное пересечение

  1. ABCD=2109=21=2|A' \cap B' \cap C' \cap D'| = 2^{10 - 9} = 2^1 = 2

Шаг 6: Применение принципа включения-исключения

Подставим значения в формулу включения-исключения:

ABCD=A+B+C+DABACADBCBDCD+ABC+ABD+ACD+BCDABCD|A' \cup B' \cup C' \cup D'| = |A'| + |B'| + |C'| + |D'| - |A' \cap B'| - |A' \cap C'| - |A' \cap D'| - |B' \cap C'| - |B' \cap D'| - |C' \cap D'| + |A' \cap B' \cap C'| + |A' \cap B' \cap D'| + |A' \cap C' \cap D'| + |B' \cap C' \cap D'| - |A' \cap B' \cap C' \cap D'|

Подставив все значения, получаем:

64+32+32+641616328816+4+8+8+42=13864 + 32 + 32 + 64 - 16 - 16 - 32 - 8 - 8 - 16 + 4 + 8 + 8 + 4 - 2 = 138

Таким образом, количество подмножеств, которые не пересекаются по крайней мере с одним из заданных множеств, равно 138\boxed{138}.


Хотите подробности по каждому шагу или есть вопросы?

  1. Какие еще методы можно использовать для решения подобных задач?
  2. Как работает принцип включения-исключения?
  3. Как можно применить комбинаторный анализ для других подмножеств?
  4. Как рассчитать количество пересечений для больших множеств?
  5. В чем особенность учета парных и тройных пересечений?

Совет: Принцип включения-исключения полезен в задачах на пересечения и подсчет количества объектов, не включенных в заданные множества.

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

Number of subsets of a set with n elements: 2^n
Inclusion-Exclusion Principle: |A ∪ B ∪ C ∪ D| = |A| + |B| + |C| + |D| - |A ∩ B| - |A ∩ C| - |A ∩ D| - |B ∩ C| - |B ∩ D| - |C ∩ D| + |A ∩ B ∩ C| + |A ∩ B ∩ D| + |A ∩ C ∩ D| + |B ∩ C ∩ D| - |A ∩ B ∩ C ∩ D|

Theorems

Inclusion-Exclusion Principle

Suitable Grade Level

Grade 11-12