在集合论中,两个
集合A和B的交集,记作A∩B,是由所有同时属于A和B的
元素所组成的集合。这一概念可以推广至任意多个集合的交集,但空交除外。交集是集合论的基本运算之一。它的核心思想是寻找“共同部分”或“同时满足多个条件”的事物。交集的概念在数学、计算机科学和我们的日常生活中有着极其广泛的应用。
定义
在集合论中,两个集合和的交集,记作,是由所有同时属于和的元素所组成的集合:
。
如果,我们就称集合和不相交。
类似地,对于一族集合,其中指标遍历某个指标集,当非空时,也可以对之定义交集为由所有同时属于集合的元素所组成的集合:
。
在Zermelo-Fraenkel公理集合论中,可任取,然后将交中的限制在中,则分离公理模式确保取交有意义,是一个集合。对于为空集的情况, 将成为空条件,所以空交将给出所有集合所构成的类,这是真类。故在Zermelo-Fraenkel公理集合论中不定义空交。
一族集合的交有时也写作
代数性质
二元运算交是交换的、结合的;也即,对任意集合有
任何集合与空集的交都是空集;也即,对任意集合有
交运算还是幂等的;也即,对任意集合有
交集与并集之间满足分配律;也即,对任意集合有
交集与并集还满足以下形式的DeMorgan律:对任意集合有
例子与应用
数学方面
一个最基本的例子如下:集合和集合的交集为,即。
在几何上,几何对象的相交可以看作对应点集的交集。例如,直线与直线相交于一点,相当于说。
在解方程组或不等式组中,方程或不等式的解通常可以看作一个集合。求方程组或不等式组的解,就是求各个方程或不等式解集的交集。例如,求解不等式组
它的解集就是和的交集,即。
在概率论中,事件A和事件B同时发生的概率,就是事件A和事件B的交集的概率。
许多数学结构要求交集运算在某种程度上的封闭性:
日常生活方面
凡是需要寻找“共同部分”或“同时满足多个条件”的事物的时候,都会出现交集的概念。
数据库查询:SQL中的AND 条件
当需要从多个表中找出同时满足条件的数据时,本质上就是在求交集。例如,一个数据库有学生表和选课表。想找出所有选了数学课的一年级学生,实际上就是求集合{选了数学课的学生}和集合{一年级的学生}的交集。
安排会议时间
安排会议时间时,需要找一个所有人都空闲的时间开会。每个人空闲的时间段是一个集合。找到所有人都能参加的时间,就是求所有人空闲时间集合的交集。
购物决策
假设你想买一款“价格在3000元以下”、“屏幕大于6英寸”、“续航超过10小时”的手机。 “3000元以下的手机”是一个集合,“屏幕大于6英寸的手机”是另一个集合,“续航超过10小时的手机”是第三个集合。你心仪的手机就是这三个集合的交集。
搜索引擎
当你输入多个关键词,搜索引擎会返回包含了所有这些关键词的网页。这就是在巨大的网页集合中,寻找包含关键词的网页集合的交集。这是搜索引擎最核心的布尔运算之一。
相关概念:并集
在集合论中,两个集合和的并集,记作,是由和的所有元素所组成的集合:
类似地,对于一族集合,其中指标遍历某个指标集,也可以对之定义并集为由这些集合的所有元素构成的集合:
对应于的并是。在Zermelo-Fraenkel公理集合论中,并集运算由并集公理保证。
历史与背景
交集符号和并集符号由
皮亚诺于1889年在他的《算术原理》一书中引入。
交集是集合论的基本运算之一。集合论是数理逻辑的一个分支,它研究集合,集合可以通俗地描述为对象的集合。虽然任何类型的对象都可以被归入一个集合,但集合论——作为数学的一个分支——主要关注那些与整个数学相关的对象。
现代集合论的研究始于19世纪70年代,由德国数学家戴德金和康托尔发起。其中,康托尔通常被认为是集合论的创始人。早期研究的非形式化系统被称为
朴素集合论。在朴素集合论中发现悖论(例如
罗素悖论、康托尔悖论和布拉利-福尔蒂悖论)之后,20世纪初提出了各种公理化系统,其中Zermelo-Fraenkel公理集合论(无论是否包含选择公理)至今仍是最著名、研究最深入的。