在区间 [0, 10] 上任取一数,记 A = x mid 1 < x leq 5,B = x mid 2 leq x leq 6。求下列事件表达式:(1) A cup B;(2) overline(A) overline(B);(3) A overline(B);(4) A cup overline(B)。
在区间 $[0, 10]$ 上任取一数,记 $A = \{x \mid 1 < x \leq 5\}$,$B = \{x \mid 2 \leq x \leq 6\}$。求下列事件表达式: (1) $A \cup B$; (2) $\overline{A} \overline{B}$; (3) $A \overline{B}$; (4) $A \cup \overline{B}$。
题目解答
答案
我们来逐步分析这道概率与集合相关的题目。
题目给出:
- 在区间 $[0, 10]$ 上任取一个实数。
- 定义两个事件(集合):
- $A = \{x \mid 1 < x \leq 5\}$
- $B = \{x \mid 2 \leq x \leq 6\}$
我们需要求以下四个事件的表达式(即集合表示):
第一步:理解集合 $A$ 和 $B$
- $A = (1, 5]$:大于1,小于等于5。
- $B = [2, 6]$:大于等于2,小于等于6。
全集是 $[0, 10]$,即我们只考虑这个区间内的数。
(1) $A \cup B$
并集:属于 $A$ 或 $B$ 的所有元素。
我们画出两个区间的范围:
- $A = (1, 5]$
- $B = [2, 6]$
它们在 $[2, 5]$ 上有重叠。
并集是从 $A$ 的左端点 $1$(不包括1)开始,到 $B$ 的右端点 $6$(包括6)结束。
注意:从 $1$ 到 $2$,只有 $A$ 覆盖了 $(1, 2)$,而 $B$ 从 $2$ 开始(包含2),所以并集的左端是 $(1, 2)$ 加上 $[2,6]$,整体是 $(1,6]$。
验证:
- $x \in (1,2)$:属于 $A$,不属于 $B$ → 属于并集
- $x = 2$:属于 $B$ → 属于并集
- $x \in (5,6]$:属于 $B$,不属于 $A$ → 属于并集
所以:
$A \cup B = (1, 6]$
(2) $\overline{A} \overline{B}$
这个表示的是:既不属于 $A$,也不属于 $B$,即 $\overline{A} \cap \overline{B}$。
根据德摩根定律:$\overline{A} \cap \overline{B} = \overline{A \cup B}$
我们已经求出 $A \cup B = (1, 6]$
所以:
$\overline{A \cup B} = [0, 10] \setminus (1, 6] = [0, 1] \cup (6, 10]$
解释:
- 从 $0$ 到 $1$:包括 $0$ 和 $1$,因为 $A$ 是 $x > 1$,所以 $x=1$ 不属于 $A$,也不属于 $B$(因为 $B$ 从 $2$ 开始),所以 $[0,1]$ 属于补集。
- 从 $6$ 到 $10$:注意 $B$ 包含 $6$,所以 $x=6$ 属于 $B$,不属于补集;所以补集是 $x > 6$,即 $(6, 10]$
因此:
$\overline{A} \overline{B} = \overline{A} \cap \overline{B} = [0, 1] \cup (6, 10]$
(3) $A \overline{B}$
这表示:属于 $A$ 且 不属于 $B$,即 $A \cap \overline{B}$
我们分析:
- $A = (1, 5]$
- $B = [2, 6]$,所以 $\overline{B} = [0, 2) \cup (6, 10]$
取交集:
$A \cap \overline{B} = (1, 5] \cap \left([0, 2) \cup (6, 10]\right)$
$(1,5]$ 和 $(6,10]$ 没有交集,只考虑和 $[0,2)$ 的交集:
$(1, 5] \cap [0, 2) = (1, 2)$
因为:
- $x > 1$ 且 $x < 2$
- 注意 $x=2$ 属于 $B$,所以不在 $\overline{B}$ 中
所以:
$A \overline{B} = (1, 2)$
(4) $A \cup \overline{B}$
这是:属于 $A$ 或 不属于 $B$ 的集合。
即 $A \cup \overline{B}$
我们已知:
- $A = (1, 5]$
- $\overline{B} = [0, 2) \cup (6, 10]$
求并集:
$A \cup \overline{B} = (1,5] \cup \left([0,2) \cup (6,10]\right)$
合并:
- $(1,5] \cup [0,2) = [0,5]$?注意:
- $[0,2)$ 和 $(1,5]$ 在 $(1,2)$ 上重叠
- $[0,2)$ 包含 $[0,1]$ 和 $(1,2)$
- $(1,5]$ 包含 $(1,2)$ 到 $5$
- 所以并集是 $[0,5]$?但注意端点:
更仔细看:
- $[0,2)$:包括 $[0,1]$ 和 $(1,2)$,但不包括 $2$
- $(1,5]$:从大于 $1$ 到 $5$,包括 $5$,包括 $2,3,4,5$
所以并集:
- 从 $0$ 到 $5$,除了可能在 $x=2$ 处有没有断点?
不,$(1,5]$ 包含 $[2,5]$,而 $[0,2)$ 包含到但不包括 $2$,但 $(1,5]$ 包含 $2$,所以整体是连续的。
所以:
$[0,2) \cup (1,5] = [0,5]$
因为:
- $[0,1]$ 来自 $[0,2)$
- $(1,2)$ 两者都有
- $[2,5]$ 来自 $A$
并且 $x=2$ 属于 $A$,所以包含。
然后再加上 $(6,10]$
所以:
$A \cup \overline{B} = [0,5] \cup (6,10]$
注意:$x=6$ 属于 $B$,所以不属于 $\overline{B}$,也不属于 $A$(因为 $A$ 最大是 $5$),所以 $x=6$ 不在并集中。
最终答案:
(1) $A \cup B = (1, 6]$
(2) $\overline{A} \overline{B} = [0, 1] \cup (6, 10]$
(3) $A \overline{B} = (1, 2)$
(4) $A \cup \overline{B} = [0, 5] \cup (6, 10]$
答案框:
$\boxed{ \begin{aligned}&(1)\ A \cup B = (1, 6] \\&(2)\ \overline{A} \overline{B} = [0, 1] \cup (6, 10] \\&(3)\ A \overline{B} = (1, 2) \\&(4)\ A \cup \overline{B} = [0, 5] \cup (6, 10]\end{aligned} }$
解析
本题主要考查集合的基本运算,包括并集、交集、补集以及德摩根定律的应用。解题的关键在于准确理解各个集合的范围,并根据集合运算的定义进行计算。
(1) 求 $A \cup B$
- 首先明确集合 $A = \{x \mid 1 < x \leq 5\}=(1, 5]$,集合 $B = \{x \mid 2 \leq x \leq 6\}=[2, 6]$。
- 根据并集的定义,$A \cup B$ 是由所有属于 $A$ 或者属于 $B$ 的元素组成的集合。
- 集合 $A$ 的范围是从 $1$(不包含 $1$)到 $5$(包含 $5$),集合 $B$ 的范围是从 $2$(包含 $2$)到 $6$(包含 $6$)。
- 两个集合合并后,范围是从 $A$ 的左端点 $1$(不包含 $1$)到 $B$ 的右端点 $6$(包含 $6$),即 $A \cup B=(1, 6]$。
(2) 求 $\overline{A} \overline{B}$
- 根据德摩根定律,$\overline{A} \overline{B}=\overline{A} \cap \overline{B}=\overline{A \cup B}$。
- 由(1)已求得 $A \cup B=(1, 6]$。
- 全集是 $[0, 10]$,那么 $\overline{A \cup B}$ 就是在全集 $[0, 10]$ 中去掉 $A \cup B$ 的部分。
- 即 $\overline{A \cup B} = [0, 10] \setminus (1, 6]=[0, 1] \cup (6, 10]$。
(3) 求 $A \overline{B}$
- $A \overline{B}$ 表示属于 $A$ 且不属于 $B$ 的元素组成的集合,也就是 $A \cap \overline{B}$。
- 已知 $A=(1, 5]$,$B = [2, 6]$,那么 $\overline{B} = [0, 2) \cup (6, 10]$。
- 求 $A$ 与 $\overline{B}$ 的交集,$A \cap \overline{B} = (1, 5] \cap \left([0, 2) \cup (6, 10]\right)$。
- 因为 $(1, 5]$ 与 $(6, 10]$ 没有交集,所以只考虑 $(1, 5]$ 与 $[0, 2)$ 的交集,即 $(1, 5] \cap [0, 2) = (1, 2)$。
(4) 求 $A \cup \overline{B}$
- $A \cup \overline{B}$ 是由所有属于 $A$ 或者属于 $\overline{B}$ 的元素组成的集合。
- 已知 $A=(1, 5]$,$\overline{B} = [0, 2) \cup (6, 10]$。
- 先求 $A$ 与 $[0, 2)$ 的并集,$(1, 5] \cup [0, 2)$,$[0, 2)$ 包含 $[0, 1]$ 和 $(1, 2)$,$(1, 5]$ 包含 $(1, 2)$ 到 $5$,所以 $(1, 5] \cup [0, 2)=[0, 5]$。
- 再将其与 $(6, 10]$ 取并集,得到 $A \cup \overline{B} = [0, 5] \cup (6, 10]$。