📐 集合课程 · 第 5 课

并集(所有元素)

A ∪ B —— 把所有元素「合在一起」的运算

🎮 文氏图游戏 ⏱ 约 15 分钟 📐 人教版必修第一册 · 第一章

🎯 这节课你能学到

学完这节课,你将能够:

① 游戏 ② 概念 ③ 实验 ④ 挑战
1
🎮 文氏图与并集(所有元素)
👆 点击区域 →

🎮 👆 点击区域添加元素,观察并集(所有元素)

选择区域(A独有 / 交集(共同元素) / B独有),2️⃣👆 点击文氏图添加元素。观察:并集(所有元素) A∪B 如何随着元素的增加而变化?

💡 小提示:往交集(共同元素)中添加一个元素,|A| 和 |B| 同时增加吗?并集(所有元素)大小与 |A|、|B|、|A∩B| 有什么关系?
👆 点击区域添加元素 A∪B: 0 个元素
|A| 元素数
0
|B| 元素数
0
|A∪B| 并集(所有元素)
0

📊 操作记录表

操作ABA∪B

📈 集合大小统计

💡 观察要点:往交集(共同元素)中添加一个元素,|A| 和 |B| 同时增加吗?往 A 独有区域添加,只有 |A| 增加吗?并集(所有元素)的大小 |A∪B| 与 |A|、|B|、|A∩B| 有什么关系?
2
从游戏到数学:并集(所有元素)的定义与性质
核心概念 · 重点学会

🔍 从文氏图中「抽象」

刚才的游戏中,我们往三个区域添加元素,2️⃣观察并集(所有元素)的变化。仔细想想:

游戏中的事实
把 A 和 B 的所有元素合在一起
↓ 抽象
A ∪ B(并集(所有元素))
关键特征
重复的元素只算一次
↓ 抽象
集合中元素互异
数学表达
属于 A 或属于 B 的所有元素
↓ 抽象
x∈A 或 x∈B
数量关系
并集(所有元素)大小 = A大小 + B大小 - 交集(共同元素)大小
↓ 抽象
|A∪B| = |A| + |B| - |A∩B|

📖 并集(所有元素)的定义

📘 定义(人教版 P10)

由所有属于集合 A 属于集合 B 的元素组成的集合,叫做 A 与 B 的并集(所有元素)。记作:A ∪ B(读作「A并B」)。

A ∪ B = { x | x∈A 或 x∈B }
💡 一句话理解:并集(所有元素)就是「你有的 + 我有的」,重复的只算一次。就像两个口袋里的糖果倒在一起——同一种糖果不会变多。

🧩 并集(所有元素)的性质

① 交换律 🔄
A∪B = B∪A
顺序无关
② 结合律 🔗
三个集合相并,顺序无关
(A∪B)∪C = A∪(B∪C)
③ 自反性 🪞
A∪A = A
与自身并是自己
④ 单位元 ∅
A∪∅ = A
与空集并是自己
⑤ 包含关系 📐
A ⊆ A∪B,B ⊆ A∪B
并集(所有元素)包含原集合
⑥ 容斥原理 ⭐
并集(所有元素)大小 = A + B - 交集(共同元素)
|A∪B| = |A|+|B|-|A∩B|
💡 小提示:容斥原理是重点!交集(共同元素)被加了两次,所以要减一次。

📐 并集(所有元素)与交集(共同元素)的关系

并集(所有元素)和交集(共同元素)是「对偶」的运算——一个用「或」,一个用「且」:

并集(所有元素) 🚪
属于 A 或属于 B
A∪B = {x | x∈A 或 x∈B}
交集(共同元素) 🔒
既属于 A 又属于 B
A∩B = {x | x∈A 且 x∈B}
A∪B 包含的范围 A∩B
💡 记忆口诀:并集(所有元素)用「或」——只要满足一个就行;交集(共同元素)用「且」——要同时满足两个。并集(所有元素)「更大」,交集(共同元素)「更小」!
3
🔬 容斥原理验证
拖动滑块验证 →

|A∪B| = |A| + |B| - |A∩B| 叫做容斥原理。拖动滑块验证这个公式!

💡 小提示:把 |A∩B| 拖到 0,看看并集(所有元素)大小是不是正好等于 |A|+|B|?这就是「不相交集(共同元素)合」的特殊情况!
5
4
2
|A∪B| = 5 + 42 = 7
💡 当 |A|=5, |B|=4, |A∩B|=2 时,并集(所有元素)大小为 7。交集(共同元素)被加了两次,所以要减一次。
🎮 游戏对照:把 |A∩B| 拖到 0,看看并集(所有元素)大小是不是正好等于 |A|+|B|?这就是「不相交集(共同元素)合」的特殊情况——没有重复元素!
4
🎯 挑战关卡 — 检验你的探索成果
共 4 题 · 👆 点击选项作答
1 已知 A = {1,2,3}, B = {3,4,5},那么 A∪B = (  )
⚠️ 💡 💡 记住:集合中重复元素只写一次
2 设 A = {x | x>0}, B = {x | x<5},那么 A∪B = (  )
用数轴思考:x>0 覆盖了哪些数?x<5 覆盖了哪些数?
3 下列关于并集(所有元素)的性质,正确的是(  )
回忆刚才实验中验证的性质
4 如果 A∪B = B,那么下列正确的是(  )
A∪B = B 说明 A 的所有元素都已经在 B 中了
💻
Python 核心代码:并集(所有元素)运算
👆 点击展开代码 →
🐍 并集(所有元素)运算的三种写法 核心 8 行 →
set5_union.py📋 复制
# 并集(所有元素)运算
A = {1, 2, 3}
B = {3, 4, 5}
# 三种方式求并集(所有元素)
print(A | B) # {1, 2, 3, 4, 5}
print(A.union(B)) # {1, 2, 3, 4, 5}
print({x for x in A} | {x for x in B})
# 多个集合的并集(所有元素)
C = {5, 6}
print(A | B | C) # {1, 2, 3, 4, 5, 6}
▶ 运行输出
{1, 2, 3, 4, 5}
{1, 2, 3, 4, 5}
{1, 2, 3, 4, 5}
{1, 2, 3, 4, 5, 6}
📊 验证容斥原理 一行验证公式 →
set5_inclusion_exclusion.py📋 复制
# 容斥原理:|A∪B| = |A| + |B| - |A∩B|
A = {1, 2, 3, 4, 5}
B = {4, 5, 6, 7}
union_size = len(A | B)
formula = len(A) + len(B) - len(A & B)
print(f'|A∪B| = {union_size}') # 7
print(f'|A|+|B|-|A∩B| = {formula}') # 7
print(union_size == formula) # True
# 判断子集关系
print(A <= B) # False (A不是B的子集)
print(A <= A|B) # True (A是A∪B的子集)
▶ 运行输出
|A∪B| = 7
|A|+|B|-|A∩B| = 7
True
False
True
5
📝 本课小结 — 回顾你的收获

📝 今天你学到了什么?

✅ 并集(所有元素)定义
A∪B = {x | x∈A 或 x∈B}
✅ 基本性质
交换律、结合律、自反性、单位元
✅ 容斥原理
|A∪B| = |A| + |B| - |A∩B|
✅ 并集(所有元素)与交集(共同元素)
并集(所有元素)用「或」,交集(共同元素)用「且」;A∩B ⊆ A∪B
🎉 🎉 太厉害了!你已经理解了并集(所有元素)的核心概念。集合运算的课程告一段落,💪 继续加油,你可以的!
下节预告:第 6 课 —— 补集(剩下的元素)
全集中不属于A的元素,就是A的补集(剩下的元素) ∁U A
→ 下一课