Lecția 3 din 4 · Mulțimi

Mulțimi finite și infinite. Cardinalul unei mulțimi. Mulțimea numerelor naturale

În lecțiile trecute ai descris mulțimi și le-ai comparat între ele. Aici te uiți la câte elemente are o mulțime: dacă numărătoarea se termină sau nu, cum notezi numărul de elemente și de ce mulțimea numerelor naturale nu se termină niciodată.

~ 20 min de citit

Ce vei învăța

  • Spui dacă o mulțime este finită sau infinită și explici de ce.
  • Determini cardinalul unei mulțimi finite, numărând elementele distincte.
  • Știi că mulțimea vidă are cardinalul 00.
  • Folosești mulțimea numerelor naturale N\mathbb{N} și recunoști că este infinită.
  • Citești numerele naturale marcate pe o semiaxă.

Recomandat înainte: Descrierea, notațiile și reprezentările unei mulțimi

Ideea de bază

O mulțime este finită dacă poți număra elementele ei una câte una și numărătoarea se termină. O mulțime este infinită dacă lista elementelor continuă fără sfârșit, oricât ai număra.

Pentru o mulțime finită AA, numărul elementelor ei distincte se numește cardinalul lui AA și se scrie card⁡(A)\operatorname{card}(A). De exemplu, pentru A={2,4,6,8}A = \{2, 4, 6, 8\} avem card⁡(A)=4\operatorname{card}(A) = 4.

Mulțimea numerelor naturale, notată N\mathbb{N}, este infinită: după orice număr natural urmează altul mai mare, deci nu are un ultim element.

Recapitulare: câte elemente are o mulțime

Într-o mulțime, fiecare element se scrie o singură dată, chiar dacă îl numești de mai multe ori. Mulțimea {1,1,2,3,3}\{1, 1, 2, 3, 3\} este de fapt {1,2,3}\{1, 2, 3\}.

Când numeri elementele unei mulțimi, numeri deci obiectele diferite dintre acolade. Aici te întrebi ceva mai simplu: numărătoarea se termină sau nu?

Mulțimi finite

O mulțime este finită dacă îi poți număra elementele una câte una și, la un moment dat, te oprești. Adică există un ultim element numărat.

  • Lunile anului: ianuarie, februarie, ..., decembrie. Sunt 1212 și te oprești.
  • Zilele săptămânii: sunt 77.
  • Literele distincte din cuvântul „carte”: {c,a,r,t,e}\{c, a, r, t, e\}, sunt 55.
  • Divizorii lui 1010: {1,2,5,10}\{1, 2, 5, 10\}, sunt 44.

O mulțime finită poate avea foarte multe elemente. Mulțimea firelor de nisip de pe o plajă este finită: nu le-am număra niciodată în practică, dar numărul lor este un număr fixat, nu unul fără sfârșit.

Finit nu înseamnă „puțin”

O mulțime cu un milion de elemente este tot finită. Contează dacă numărătoarea se termină, nu cât de mare este numărul la care ajungi.

Mulțimi infinite

O mulțime este infinită dacă lista elementelor ei continuă fără sfârșit. Oricât ai număra, mai rămâne mereu cel puțin un element nenumărat.

  • Numerele naturale: 0,1,2,3,4,…0, 1, 2, 3, 4, \ldots După fiecare număr vine altul.
  • Numerele naturale pare: 0,2,4,6,8,…0, 2, 4, 6, 8, \ldots Nu există un ultim număr par.
  • Multiplii lui 55: 0,5,10,15,20,…0, 5, 10, 15, 20, \ldots Poți merge oricât de departe.

Semnul …\ldots scris la capătul unei liste, după un tipar clar, arată că mulțimea continuă la nesfârșit. Îl folosești doar când primele elemente lasă tiparul evident.

Finită sau infinită: cum decizi

Întreabă-te dacă poți scrie, măcar în principiu, o listă completă a elementelor. Dacă da, mulțimea este finită. Dacă lista nu se poate termina, mulțimea este infinită.

Finită sau infinită
MulțimeaFinită sau infinităDe ce
zilele săptămâniifinităsunt exact 77
numerele naturaleinfinitădupă orice număr urmează altul
vocalele alfabetuluifinităsunt {a,e,i,o,u}\{a, e, i, o, u\}
multiplii lui 55infinită0,5,10,15,…0, 5, 10, 15, \ldots nu se termină
divizorii lui 3636finităse opresc la 3636
numerele naturale mai mici decât 1 000 0001\,000\,000finitălista se termină la 999 999999\,999

Cardinalul unei mulțimi finite

Cardinalul unei mulțimi finite este numărul elementelor ei distincte. Pentru o mulțime AA se scrie card⁡(A)\operatorname{card}(A) și se citește „cardinalul lui AA”.

A={2,4,6,8}⇒card⁡(A)=4A = \{2, 4, 6, 8\} \quad\Rightarrow\quad \operatorname{card}(A) = 4

Pentru B={a,e,i,o,u}B = \{a, e, i, o, u\} avem card⁡(B)=5\operatorname{card}(B) = 5. Numeri pur și simplu câte elemente sunt scrise în mulțime.

Vei mai vedea și scrierea ∣A∣|A|

În unele manuale, cardinalul lui AA se notează ∣A∣|A|. ∣A∣=4|A| = 4 înseamnă același lucru cu card⁡(A)=4\operatorname{card}(A) = 4. Aici folosim card⁡(A)\operatorname{card}(A).

Dacă în scrierea mulțimii un element apare de mai multe ori, îl numeri o singură dată. Mulțimea {1,1,2,3,3}\{1, 1, 2, 3, 3\} este {1,2,3}\{1, 2, 3\}, deci cardinalul ei este 33, nu 55.

O mulțime poate să nu aibă niciun element. Este mulțimea vidă, notată ∅\varnothing. Cardinalul ei este 00: card⁡(∅)=0\operatorname{card}(\varnothing) = 0.

Cardinalul nu este suma elementelor

Pentru A={2,4,6}A = \{2, 4, 6\}, cardinalul este 33 (sunt trei elemente), nu 1212. Nu confunda numărul de elemente cu valoarea lor.

Mulțimea numerelor naturale

Numerele folosite la numărat, împreună cu 00, formează mulțimea numerelor naturale. Se notează cu N\mathbb{N}:

N={0,1,2,3,4,5,…}\mathbb{N} = \{0, 1, 2, 3, 4, 5, \ldots\}

În matematica din școala din România, 00 este număr natural: 0∈N0 \in \mathbb{N}. Cel mai mic număr natural este 00. Un cel mai mare număr natural nu există.

Mulțimea N\mathbb{N} este infinită. Oricare ar fi un număr natural nn, numărul n+1n + 1 este tot natural și este mai mare, deci lista nu se poate termina.

Numerele naturale fără 00 formează o submulțime a lui N\mathbb{N}, notată N∗\mathbb{N}^*:

N∗={1,2,3,4,5,…}\mathbb{N}^* = \{1, 2, 3, 4, 5, \ldots\}

Alte submulțimi ale lui N\mathbb{N} pe care le folosești des sunt numerele pare {0,2,4,6,…}\{0, 2, 4, 6, \ldots\}, numerele impare {1,3,5,7,…}\{1, 3, 5, 7, \ldots\} și numerele prime {2,3,5,7,11,…}\{2, 3, 5, 7, 11, \ldots\}. Toate sunt infinite.

Numerele naturale se așază pe o semiaxă: o linie cu un punct de pornire în 00 și o săgeată spre dreapta. Marcajele sunt egal depărtate, iar valoarea se scrie sub fiecare marcaj.

001122334455
Semiaxa începe în 00 și continuă spre dreapta. Fiecare număr natural are un loc al lui; săgeata și cele trei puncte arată că șirul nu se termină.

Pe semiaxă se vede și de ce N\mathbb{N} este infinită: după fiecare marcaj mai urmează unul, la aceeași distanță, oricât de departe mergi.

Exemple rezolvate

Exemplul 1: mulțime finită

Este mulțimea lunilor anului finită sau infinită? Dacă este finită, care este cardinalul ei?

Vezi rezolvarea

Pot număra lunile: ianuarie, februarie, martie, ..., decembrie. Numărătoarea se termină la decembrie.

Mulțimea este finită. Sunt 1212 luni, deci cardinalul ei este 1212.

Exemplul 2: mulțime infinită

Este mulțimea multiplilor lui 33 finită sau infinită?

Vezi rezolvarea

Scriu primele elemente: 0,3,6,9,12,15,…0, 3, 6, 9, 12, 15, \ldots

După fiecare multiplu de 33 vine altul, cu 33 mai mare. Lista nu se poate termina, deci mulțimea este infinită.

Exemplul 3: cardinal simplu

Calculează card⁡(A)\operatorname{card}(A) și card⁡(B)\operatorname{card}(B) pentru A={10,20,30,40,50}A = \{10, 20, 30, 40, 50\} și B={p,q,r}B = \{p, q, r\}.

Vezi rezolvarea

Număr elementele scrise în fiecare mulțime.

AA are cinci elemente, deci card⁡(A)=5\operatorname{card}(A) = 5. BB are trei elemente, deci card⁡(B)=3\operatorname{card}(B) = 3.

Exemplul 4: elemente repetate în scriere

Care este cardinalul mulțimii C={4,4,7,9,9,9}C = \{4, 4, 7, 9, 9, 9\}?

Vezi rezolvarea

Rescriu mulțimea fără repetări: C={4,7,9}C = \{4, 7, 9\}.

Elementele distincte sunt 44, 77 și 99, deci card⁡(C)=3\operatorname{card}(C) = 3. Un element repetat în scriere nu se numără de mai multe ori.

Exemplul 5: cardinalul mulțimii vide

Fie DD mulțimea numerelor naturale mai mari decât 88 și mai mici decât 99. Cât este card⁡(D)\operatorname{card}(D)?

Vezi rezolvarea

Între 88 și 99 nu există niciun număr natural. După 88 urmează direct 99.

Mulțimea DD nu are niciun element, deci D=∅D = \varnothing și card⁡(D)=0\operatorname{card}(D) = 0.

Exemplul 6: mulțimea numerelor naturale

Este N\mathbb{N} finită sau infinită? Are un cel mai mare element?

Vezi rezolvarea

Fie nn un număr natural oarecare. Atunci n+1n + 1 este tot număr natural și este mai mare decât nn.

Oricare număr aș alege, există mereu unul mai mare. Deci N\mathbb{N} nu are un cel mai mare element și este infinită.

Exemplul 7: mulțime infinită dată printr-o proprietate

Fie E={ x∣x natural, x>100 }E = \{\,x \mid x \text{ natural},\ x > 100\,\}. Este EE finită sau infinită?

Vezi rezolvarea

Elementele lui EE sunt 101,102,103,104,…101, 102, 103, 104, \ldots

Nu există un cel mai mare număr natural, deci nici lista numerelor mai mari decât 100100 nu se termină. Mulțimea EE este infinită.

Exemplul 8: citește o semiaxă

Ce mulțime este marcată pe semiaxa de mai jos și cât este cardinalul ei?

Vezi rezolvarea
00112233445566

Marcajele cu valoare sunt 0,1,2,3,4,5,60, 1, 2, 3, 4, 5, 6. Mulțimea marcată este {0,1,2,3,4,5,6}\{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6\}, o mulțime finită cu cardinalul 77.

Săgeata și cele trei puncte arată că semiaxa continuă. Numerele marcate sunt doar o parte din N\mathbb{N}, care este infinită.

Greșeli frecvente

  • Spun că mulțimea firelor de nisip de pe o plajă este infinită, pentru că sunt foarte multe.

    Sunt multe, dar numărul lor este fixat: numărătoarea s-ar termina. Mulțimea este finită. Infinit înseamnă că lista nu se poate termina, nu că numărul este mare.

  • Pentru {3,3,5,5,5}\{3, 3, 5, 5, 5\} spun că cardinalul este 55, pentru că sunt scrise cinci numere.

    Numeri elementele distincte. {3,3,5,5,5}\{3, 3, 5, 5, 5\} este mulțimea {3,5}\{3, 5\}, deci cardinalul este 22.

  • Spun că cel mai mare număr natural este foarte mare, dar există.

    Nu există un cel mai mare număr natural. Pentru orice număr nn, numărul n+1n + 1 este tot natural și mai mare. De aceea N\mathbb{N} este infinită.

  • Pentru A={2,4,6}A = \{2, 4, 6\} scriu card⁡(A)=12\operatorname{card}(A) = 12, adunând elementele.

    Cardinalul este numărul de elemente, nu suma lor. AA are trei elemente, deci card⁡(A)=3\operatorname{card}(A) = 3.

  • Cred că mulțimea vidă și mulțimea {0}\{0\} sunt același lucru, amândouă cu cardinal 00.

    ∅\varnothing nu are niciun element, deci card⁡(∅)=0\operatorname{card}(\varnothing) = 0. Mulțimea {0}\{0\} are un element, numărul 00, deci card⁡({0})=1\operatorname{card}(\{0\}) = 1.

  • Spun că 00 nu este număr natural, pentru că nu numeri „zero obiecte”.

    În matematica din școala din România, 00 este număr natural: 0∈N0 \in \mathbb{N}. Numerele naturale fără 00 se scriu N∗\mathbb{N}^*.

Exerciții

Ușor

  1. Este mulțimea zilelor săptămânii finită sau infinită? Care este cardinalul ei?

    Arată răspunsul

    Răspuns: Finită; cardinalul este 77.

    Zilele săptămânii se pot număra și sunt exact 77.

  2. Calculează card⁡(A)\operatorname{card}(A) pentru A={10,20,30,40}A = \{10, 20, 30, 40\}.

    Arată răspunsul

    Răspuns: card⁡(A)=4\operatorname{card}(A) = 4.

    Mulțimea are patru elemente distincte.

  3. Este mulțimea numerelor naturale pare finită sau infinită?

    Arată răspunsul

    Răspuns: Infinită.

    0,2,4,6,8,…0, 2, 4, 6, 8, \ldots nu se termină.

  4. Cât este card⁡(∅)\operatorname{card}(\varnothing)?

    Arată răspunsul

    Răspuns: 00.

    Mulțimea vidă nu are niciun element.

  5. Scrie mulțimea {a,a,b,c,c,c}\{a, a, b, c, c, c\} fără repetări și dă-i cardinalul.

    Arată răspunsul

    Răspuns: {a,b,c}\{a, b, c\}, cardinalul este 33.

    Fiecare element se scrie o singură dată.

Mediu

  1. Scrie prin enumerare mulțimea A={ x∣x natural, x≤6 }A = \{\,x \mid x \text{ natural},\ x \le 6\,\} și dă-i cardinalul.

    Arată răspunsul

    Răspuns: A={0,1,2,3,4,5,6}A = \{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6\}, card⁡(A)=7\operatorname{card}(A) = 7.

    Numerele naturale de la 00 la 66 sunt șapte.

  2. Fie BB mulțimea multiplilor lui 55 mai mici decât 4040. Este BB finită? Scrie-o prin enumerare și dă-i cardinalul.

    Arată răspunsul

    Răspuns: B={0,5,10,15,20,25,30,35}B = \{0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35\}, finită, card⁡(B)=8\operatorname{card}(B) = 8.

    00 este multiplu al lui 55; 4040 nu intră pentru că nu este mai mic decât 4040.

  3. Are mulțimea N\mathbb{N} un cardinal, adică un număr de elemente? Explică pe scurt.

    Arată răspunsul

    Răspuns: Nu. N\mathbb{N} este infinită, deci nu are un număr de elemente.

    Cardinalul se definește pentru mulțimi finite. Numerele naturale nu se termină.

  4. Adevărat sau fals: 0∈N0 \in \mathbb{N} și 0∈N∗0 \in \mathbb{N}^*.

    Arată răspunsul

    Răspuns: 0∈N0 \in \mathbb{N} adevărat; 0∈N∗0 \in \mathbb{N}^* fals.

    N∗\mathbb{N}^* este mulțimea numerelor naturale fără 00.

  5. Pe o semiaxă sunt marcate numerele 0,1,2,3,4,5,6,70, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, apoi o săgeată spre dreapta. Ce mulțime este marcată, cât este cardinalul ei și ce arată săgeata?

    Arată răspunsul

    Răspuns: Mulțimea marcată este {0,1,2,3,4,5,6,7}\{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7\}, cu cardinalul 88. Săgeata arată că semiaxa continuă, deci N\mathbb{N} este infinită.

    Numerele marcate sunt doar o parte din N\mathbb{N}.

Provocare

  1. Fie A={ x∣x natural, 10≤x≤40, x multiplu de 3 }A = \{\,x \mid x \text{ natural},\ 10 \le x \le 40,\ x \text{ multiplu de } 3\,\}. Scrie AA prin enumerare și dă-i cardinalul.

    Arată răspunsul

    Răspuns: A={12,15,18,21,24,27,30,33,36,39}A = \{12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, 39\}, card⁡(A)=10\operatorname{card}(A) = 10.

    Primul multiplu de 33 de la 1010 în sus este 1212, ultimul până la 4040 este 3939.

  2. Dă exemplu de două mulțimi diferite care au același cardinal. Pot avea cardinale egale două mulțimi cu elemente complet diferite?

    Arată răspunsul

    Răspuns: De exemplu {1,2,3}\{1, 2, 3\} și {a,b,c}\{a, b, c\}: amândouă au cardinalul 33. Da, cardinalul depinde doar de numărul de elemente, nu de ce elemente sunt.

    Cardinalul numără elementele, nu le compară.

  3. Mulțimea divizorilor lui 3636 și mulțimea multiplilor lui 3636: care este finită și care infinită? Dă cardinalul celei finite.

    Arată răspunsul

    Răspuns: Divizorii lui 3636: {1,2,3,4,6,9,12,18,36}\{1, 2, 3, 4, 6, 9, 12, 18, 36\}, finită, cardinalul 99. Multiplii lui 3636: {0,36,72,108,…}\{0, 36, 72, 108, \ldots\}, infinită.

    Un număr are un număr fixat de divizori, dar o infinitate de multipli.

Mini-test

Rezolvă pe caiet, apoi vezi răspunsul. Nu se salvează niciun punctaj.

  1. 1. Care dintre următoarele mulțimi este infinită?

    1. zilele săptămânii
    2. divizorii lui 100100
    3. mulțimea numerelor naturale N\mathbb{N}
    4. vocalele alfabetului
    Arată răspunsul

    Răspuns: mulțimea numerelor naturale N\mathbb{N}

    După orice număr natural urmează altul mai mare, deci N\mathbb{N} nu se termină.

  2. 2. Cât este card⁡({3,5,5,7,7,7})\operatorname{card}(\{3, 5, 5, 7, 7, 7\})?

    Arată răspunsul

    Răspuns: 33

    Mulțimea este {3,5,7}\{3, 5, 7\}; elementele repetate se numără o singură dată.

  3. 3. Cardinalul mulțimii vide este:

    1. 00
    2. 11
    3. nu are cardinal
    4. infinit
    Arată răspunsul

    Răspuns: 00

    ∅\varnothing nu are niciun element, deci card⁡(∅)=0\operatorname{card}(\varnothing) = 0.

  4. 4. Care afirmație despre N\mathbb{N} este adevărată?

    1. are un cel mai mare element
    2. este o mulțime finită
    3. este o mulțime infinită
    4. are exact 100100 de elemente
    Arată răspunsul

    Răspuns: este o mulțime infinită

    Pentru orice nn natural, n+1n + 1 este tot natural și mai mare.

  5. 5. Care este cel mai mic număr natural?

    Arată răspunsul

    Răspuns: 00

    În matematica din școala din România, 00 este număr natural.

  6. 6. Cardinalul mulțimii {0}\{0\} este:

    1. 00
    2. 11
    3. 22
    4. infinit
    Arată răspunsul

    Răspuns: 11

    {0}\{0\} are un element, numărul 00.

  7. 7. Fie A={ x∣x natural, x<5 }A = \{\,x \mid x \text{ natural},\ x < 5\,\}. Cât este card⁡(A)\operatorname{card}(A)?

    Arată răspunsul

    Răspuns: 55

    A={0,1,2,3,4}A = \{0, 1, 2, 3, 4\}.

Întrebări frecvente

Cum știu dacă o mulțime este finită?

Încearcă să scrii lista completă a elementelor. Dacă lista se termină, sau ai putea în principiu să o termini, mulțimea este finită. Dacă lista continuă fără sfârșit, mulțimea este infinită.

O mulțime cu foarte multe elemente poate fi tot finită?

Da. O mulțime cu un milion de elemente este finită, pentru că numărătoarea se termină. Contează dacă te poți opri din numărat, nu cât de mare este numărul la care ajungi.

Ce înseamnă cardinalul unei mulțimi?

Cardinalul unei mulțimi finite este numărul elementelor ei distincte. Pentru A={2,4,6,8}A = \{2, 4, 6, 8\}, cardinalul este 44 și se scrie card⁡(A)=4\operatorname{card}(A) = 4.

De ce elementele repetate se numără o singură dată?

Într-o mulțime, un element fie face parte din ea, fie nu. Nu poate face parte „de două ori”. Scrierea {1,1,2}\{1, 1, 2\} este doar o formă neîngrijită pentru {1,2}\{1, 2\}, care are cardinalul 22.

0 face parte din mulțimea numerelor naturale?

Da. În matematica din școala din România, 00 este număr natural, deci 0∈N0 \in \mathbb{N}. Când vrei numerele naturale fără 00, scrii N∗\mathbb{N}^*.

Mulțimea vidă are cardinal?

Da, cardinalul ei este 00. Mulțimea vidă ∅\varnothing nu are niciun element, deci card⁡(∅)=0\operatorname{card}(\varnothing) = 0. Atenție: {0}\{0\} nu este mulțimea vidă, are un element.

Resurse utile

Ai terminat lecția

Mulțimi finite și infinite. Cardinalul unei mulțimi. Mulțimea numerelor naturale

Ai parcurs această lecție. Poți continua folosind navigarea de mai jos.