Малюнок № 1.19. Задання декартового добутку множин за допомогою графа.

Розглянемо властивості декартового добутку множин.

1. А´В¹В´А – ця нерівність говорить про те, що декартів добуток множин немає властивості комутативності.

2. (АÈВ)´С=(А´С)È(В´С).

3. А´(ВÈС)=(А´В)È( А´С).

4. (АÇВ)´С=(А´С)Ç(В´С).

5. А´(ВÇС)=(А´В)Ç(А´С).

6. (А\В)´С=(А´С)\(В´С).

7. А´(В\С)=(А´В)\(А´С).

Властивості 1-7 доводяться за допомогою міркувань. Покажемо це на прикладі останньої властивості. У першій частині доведемо, що кожен елемент лівої частини, яка складається із впорядкованих пар, належить правій частині. Нехай пара (х;у)ÎА´(В\С). Згідно означення декартового добутку це означає, що хÎА і уÎВ\С. Якщо уÎВ\С, то за означенням різниці множин уÎВ і уÏС. Оскільки хÎА і уÎВ, то за означенням декартового добутку множин (х,у)ÎА´В. Оскільки хÎА і уÏС, то (х,у)ÏА´С. Якщо (х,у)ÎА´В і (х,у)ÏА´С, то згідно з означенням операції різниці множин (х,у)Î(А´В)\(А´С), тобто правій частині. Пару (х,у) у лівій частині ми вибирали довільно, а тому наші міркування можна повторити відносно будь-якої пари, що належить лівій частині. Таким чином, множина А´(В\С) є підмножиною множини (А´В)\(А´С), тобто А´(В\С)Ì(А´В)\(А´С). Отже, першу частину доведено.

У другій частині доведемо, що кожен елемент правої частини є елементом лівої. Нехай пара (а;в)Î(А´В)\(А´С). Згідно означення різниці, (а;в)Î(А´В) і (а;в)Ï(А´С). Звідси аÎА і вÏС. Якщо (а;в)Î(А´В), то за означенням декартового добутку множин аÎА і вÎВ. Оскільки вÎВ і вÏС, то за означенням різниці множин вÎВ\С. Якщо аÎА і вÎВ\С, то за означенням декартового добутку множин (а;в)ÎА´(В\С), тобто лівій частині. Пару (а;в) у правій частині ми вибирали довільно, а тому наші міркування можна повторити відносно будь-якої пари, що належить правій частині. Таким чином, множина (А´В)\(А´С) є підмножиною множини А´(В\С), тобто (А´В)\(А´С)ÌА´(В\С). Отже, другу частину доведено.

Таким чином, у першій частині ми довели, що (А´(В\С))Ì((А´В)\(А´С)), а у другій – ((А´В)\(А´С))Ì(А´(В\С)). Звідси на основі означення рівності множин маємо рівність А´(В\С)=(А´В)\(А´С), тобто справедливість властивості доведено повністю.

Спробуємо знайти залежність, яка б допомогла шукати число елементів декартового добутку множин, якщо відомо число елементів вихідних множин. Нехай А={1, 2, 3} і В={а, в}. Утворимо множину А´В={(1;а ), (1;в), (2;в), (3;а), (3;в)}. Легко бачити, що n(А)=3, n(В)=2 і n(А´В)=6, тобто n(А´В)=n(А)·n(В). У математиці для загального випадку доведено теорему: „Число елементів декартового добутку множин А₁, А₂, А_3, ... ,А_к, що мають відповідно n_1, n_2, n_3,...,n_k елементів дорівнює добутку чисельностей цих множин, тобто n(А₁´А₂´А₃´…´А_к)=n(А₁)n(А₂)n(А₃)…n(А_к)=n_1,n_2,n_3, ..., n_k”.

Як же визначити число елементів об’єднання двох скінченних множин? Для цього доведеться розглядати два випадки: 1) множини А і В не мають спільних множин, тобто АÇВ=Æ; 2) множини А і В мають спільні елементи, тобто АÇВ¹Æ. У першому випадку використовується формула n(АÈВ)=n(А)+n(В), а в другому - n(АÈВ)=n(А)+n(В)–n(АÈВ). Чи можна поширити ці формули на будь-яке число елементів? – математика дає на це ствердну відповідь, тобто справедлива формула: n(А₁ÈА₂ÈА₃È...ÈА_к)=n(А₁)+n(А₂)+n(А₃)+...+n(А_к), коли множини попарно не перетинаються.