III.B. Halmazok Megoldások

III.B. Halmazok Megoldások  (OV PHJROGiV 3UyEiOMXN PHJ D] HJ\HV KDOPD]RN számosságát Venn-diagramon szemléltetni. Legyen A halmaz a légyfogást tanulók, B halmaz a pókhálószövést tanulók halmaza. A két halmaz metszetébe 4-est kell írni, de akkor az A és B halmaz fennmaradó részeibe 7 − 4 = 3 -at és 9 − 4 = 5 -öt kell írni: 3

4

5

Az ábráról könnyen leolvasható, hogy összesen 12 kispók jár valamilyen órára. Második megoldás: A kétféle órára járók számát összeadva 16-ot kapunk. Ez több, mint az iskolába járók száma, hiszen a 16-ban a mindkét órára járók kétszeresen is szerepelnek, ezért vonjuk ki az  V]iPXNDW 16 − 4 = 12 . Ennyien járnak legalább az egyik órára. Vegyük észre, hogy az A ∪ B = A + B − A ∩ B képletet alkalmaztuk.  (OV PHJROGiV $] HO] IHODGDW HOV PHJROGiViEDQ OHtUWDNDW alkalmazzuk módszeres próbálgatással. Tegyük fel, hogy 5-en tanulják mindkét nyelvet. Ekkor a Venn-diagramban üresen álló UpV]HNHWNLW|OWYHDN|YHWNH]iEUiWNDSMXN 13

5

11

(Az angolul tanulók halmazát A-val, a németül tanulókét B-vel jelöltük.) Látható, hogy most összesen 29 tanuló szerepel a NO|QE|]KDOPD]UpV]HNEHQSHGLJDIHODGDWV]HULQW26 tanulónak kell lenni. Ez alapján a tippünk, mely szerint 5 tanuló van a két halmaz metszetében, helytelen. További találgatással megkaphatjuk a megoldást: 8 tanuló tanulja mindkét nyelvet. A helyesen kitöltött Venn-diagram alább látható: 55

10

8

8

Második megoldás: Alkalmazzuk az

A∪ B = A + B − A∩ B

képletet: 26 = 18 + 16 − A ∩ B . Innen megkapjuk a megoldást: 8. (OVPHJROGiV$]HOVIHODGDWPHJROGisához hasonlóan járunk el. Ábrázoljuk Venn-diagramon az egyes halmazrészek számosságát! Legyen az A halmaz a tyúkszámlálásból, B a libalopásból és C a rókalyukásásból csirkecombot kapottak halmaza. A három halmaz metszetében a feladat szövege szerint 1 elem van. Az A és B halmaz metszetében összesen 3GHHEEO már egyet beírtunk, tehát még két elemet kell bejelölni a két halmaz metszetében. Ezt az okoskodást folytatva kapjuk a N|YHWNH]iEUiW 6

2 1 3

3 1

5 Az ábráról a számok összeadásával leolvasható a válasz: 21 kisróka jár az iskolába. Második megoldás: Alkalmazzuk az A∪ B ∪C = A + B + C − A∩ B − B ∩C − A∩C + A∩ B ∩C A ∪ B ∪ C = 12 + 10 + 7 − 3 − 2 − 4 + 1 . kisróka jár az iskolába.

képletet:

Összesen

21

(OVPHJROGiV.pV]tWVQN9HQQ-diagramot a korábbi tapasztalataink alapján. Jelölje A D] HOV B a második és C a harmadik túrán részt vettek halmazát. Az ábrán föltüntetjük az egyes halmazrészek számosságát.

56

4 4

3 4

7 1

6 A három túrának legalább az egyikén 29 tanuló vett részt. Második megoldás: Alkalmazzuk az A∪ B ∪C = A + B + C − A∩ B − B ∩C − A∩C + A∩ B ∩C formulát. A ∪ B ∪ C = 15 + 15 + 15 − 7 − 8 − 5 + 4 = 45 − 20 + 4 = 29 tanuló volt legalább egy túrán.  (OV PHJROGiV $ IHODGDW PDWHPDWLNDL PRGHOOMH KDVRQOtW D  feladatéra, csak itt két halmaz helyett három halmaz van. Az HJ\HVQ\HOYHNHWEHV]pONKDOPD]iWMHO|OMNDN|YHWNH]PyGRQA – orosz; B – francia; C – angol. Módszeres próbálgatással itt is célhoz érünk. Tegyük fel hát, hogy mindhárom nyelvet 2 fordító beszéli. Ezt a számot beírjuk a Venn-diagram megfeleOUpV]pEH Mivel oroszul és franciául hét fordító beszél, így az A és B halmaz metszetében 7 HOHP YDQ GH PiU NHWWW EHtUWXQN tJ\ D] A és B halmaz metszetének C-hez nem tartozó részében még 5 elem YDQ(]WD]RNRVNRGiVWIRO\WDWYDDN|YHWNH]iEUiWNDSMXN: 4

5 2 9

5 7

16 $]iEUiUyOOHROYDVKDWyKRJ\KDDKiURPQ\HOYHWEHV]pOIRUGtWyN V]iPD NHWW DNNRU D] |VV]HV IRUGtWy V]iPD 48 a megadott 52 helyett, így másik számmal kell próbálkoznunk. További találgatással azt kapjuk, hogy 5-en beszélik mindhárom nyelvet. Az ábráról az is leolvasható lesz, hogy 7-en csak oroszul beszélnek.

57

2 7

8 6

5

4

20 Második megoldás: Az A∪ B ∪C = A + B + C − A∩ B − B ∩C − A∩C + A∩ B ∩C NpSOHWEON|QQ\HQDGyGLNDPHJRldás: 52 = 20 + 19 + 35 − 11 − 7 − 9 + A ∩ B ∩ C . Mindhárom nyelvet 5 fordító beszéli. A feladat másik kérdésére egy alkalmas ábra megrajzolása után válaszolhatunk: 7-en beszélnek oroszul.  (OV PHJROGiV .pV]tWVQN D IHODGDWKR] 9HQQ-diagramot a korábban látottak szerint. Most is a legtöbb halmazhoz tartozó UpV]EO  A ∩ B ∩ C ) induljunk ki. A jelölje a tévét választók, B a rádiót választók, C pedig az újságot választók halmazát. 31

14

15

6

3

14

16 Látható, hogy a halmazokban összesen 99 elem van, így a maradék 1 az, aki egyik hírforrásból sem tájékozódik. Ugyanígy az is látszik, hogy csak egy hírforrásra támaszkodik 31 + 15 + 16 = 62 megkérdezett. Második megoldás: A feladat az A∪ B ∪C = A + B + C − A∩ B − B ∩C − A∩C + A∩ B ∩C képlettel is megoldható: A ∪ B ∪ C = 65 + 38 + 39 − 20 − 20 − 9 + 6 = 99.

58

Tehát 1 személy nem a felsoroltak közül szerzi a híreket. A PiVRGLN NpUGpVUH DGDQGy YiODV]KR] FpOV]HU& 9HQQ-diagramot rajzolni. (Esetleg számolhatunk az A + B + C − 2 A∩ B − 2 A∩C − 2 B ∩C + 3 A∩ B ∩C képlettel.)  (OV PHJROGiV (]~WWDO NLKDJ\MXN D PyGV]HUHV SUyEiOJDWiV leírását, mindjárt rátérünk a képlettel való számolásra. Ha a három nyelvet tanulók halmazát összeadjuk ( 16 + 18 + 14 = 48 ), akkor az osztály tanulóinak számánál nagyobb számot kapunk, mert kétszer számoltuk azokat, akik pontosan két nyelvet tanulnak, és háromszor azokat, akik pontosan három nyelvet tanulnak. Ezért a 48-ból el kell venni a pontosan két nyelvet tanulók számát, és a három nyelvet tanulók számát (jelölje x) kétszer ki kell vonni. A N|YHWNH]HJ\HQOHWHWNDSMXN 30 = 48 − 16 − 2 x . Innen x = 1 adódik. 0iVRGLN PHJROGiV +D D] HOEEL RNRVNRGiV W~OViJRVDQ Q\DNDWHNHUWQHNW&QLNDNNRUNpSOHWWHOLVV]iPROKDWXQN A ∪ B ∪ C = A + B + C − ( A ∩ B + A ∩ C + B ∩ C )+ A ∩ B ∩ C ,   N N N    

30

16

18

16 − x

14

x

azaz a halmazokról áttérve azok számosságára: 30 = 16 + 18 + 14 − (16 − x ) + x , ahonnan x = 1 adódik. 8. A közepes tanulók 3-as tanulók. Legyen A halmaz az 1-es, 2-es és hármas tanulók halmaza, a B halmaz pedig a hármas, négyes 40 5 ⋅ 30 = és ötös tanulók halmaza. Ekkor A = ⋅ 30 = 25 és B = 6 100 = 12. A két szám összege a közepes tanulók számával több az osztálylétszámnál, így 7-en közepesek. 9. (OV PHJROGiV $] A ∪ B = A + B − A ∩ B képlet itt hasznos lehet, mivel – az angolul tanulók halmazát A-val, a németül tanulókét B-vel, az osztály létszámát x-szel jelölve – a feladat 2 3 szövege alapján: A ∪ B = x , A = x , B = x , A ∩ B = 10 . A 3 4 NpSOHWHWDONDOPD]YDDN|YHWNH]HJ\HQOHWKH]MXWXQN 2 3 x = x + x − 10 . 3 4 59

Az egyenletet megoldva x = 24 -et kapunk. Ennyi tanuló jár az osztályba. Második megoldás: Természetesen most is érdemes próbálgatással kezdeni a feladat jobb megértése végett. Hamar rájövünk, hogy csak 3-mal és 4-gyel osztható számokkal érdemes próbálkozni, mert más választás esetén az angolt vagy németet tanulók száma nem lesz egész szám. A próbálgatásokat táblázatba foglalhatjuk: 12 48 36 24 az osztály létszáma (x) 2  az angolosok száma  x  8 32 24 16 3  3  a németesek száma  x  9 36 27 18 4  10 10 10 10 mindkét nyelvet tanulják A legalább egy nyelvet tanulók száma 7 58 41 24 (angolosok+németesek–PLQGNHWWWWDQXOyN $ OHJI|OV pV D OHJDOVy RV]ORSEDQ OpY V]iPRNQDN PHJ NHOO egyezniük, hiszen mindenki tanulja legalább az egyik nyelvet. A 24 esetén valóban egyezést látunk. 10. Itt is többféleképpen lehet próbálkozni. Mi csak a képlettel való számolást mutatjuk meg. Az A ∪ B = A + B − A ∩ B  NpSOHWEO kiindulva x-szel az osztály létszámát jelölve az 70 80 x= x+ x − 13 100 100 egyenletet kapjuk, ahonnan az osztály létszámára 26-ot kapunk. 11. Ennek a feladatnak a megoldása teljesen hasonlóan történik, PLQWD]HO]pH]pUWFVDNDYpJHUHGPpQ\WN|]|OMN30-an járnak az osztályba (12 németes és 20 franciás).  (OV PHJROGiV .pV]tWVQN 9HQQ-diagramot! Legyen A a matematikából, B a magyarból ötöst kapottak halmaza. Az alábbi ábrán az egyes halmazrészek számosságát tüntettük föl:

11–4=7

4

60

17–4–7=6

Magyarból 10 tanulónak volt ötöse. A∪ B = A + B − A∩ B Második megoldás: Az

képlet

segítségével is megkapjuk a végeredményt: 17 = 11 + B − 4 . Innen a B halmaz számosságára 10-et kapunk. Ez a megoldás.  (OV PHJROGiV -HO|OMN D KHJHGOQL WDQXOyN V]iPiW x-szel. Ekkor a korábban már többször alkalmazott képlet szerint 22 = 2 x + x − 5 . Ezek alapján 9-en hegedülnek és 18-an zongoráznak. Második megoldás: Nem feltétlenül szükséges az ismeretlen jelölésének bevezetése. Ha a két hangszeren tanulók számához, a 22-höz hozzáadom az 5-öt, akkor éppen a zongorázók vagy KHJHGON V]iPiW NDSRP (] D V]iP 27. Ezt kell 2 : 1 arányban elosztani, és megkaptuk a két keresett számot. 14. Próbáljuk meg Venn-diagramon szemléltetni a feladat egyes feltételeit:

A rajzon a PBB a piros baglyok barátainak halmazát, az RV a U|YLGQDGUiJRW YLVHON KDOPD]iW D ZE pedig a zöld elefántok halmazát jelöli. A feladat feltételei szerint a satírozott részben nem lehet elem, a három halmaz metszetében pedig biztosan van (ezt jelenti az ábrán a fekete pötty). Most vegyük sorra az állításokat: 14.1. (]KDPLVD]iEUiQOpYIHNHWHS|WW\FiIROMD 14.2. Átfogalmazva: Ha x ∈ RV ⇒ x ∈ PBB . Ez nem feltétlenül következik. 14.3. x ∉ RV ⇒ x ∈ ZE . Ez igaz, hiszen x a PBB-ben nem lehet. 14.4. x ∉ RV ⇒ x ∉ PBB . Ez is igaz. (OVPHJROGiV0LYHO'RUNDPLQGHQOpSFVIRNUDUiOpStJ\D]W NHOOPHJiOODStWDQLPHO\HND]RNDOpSFVIRNRNDPHO\HNHWa másik 61

két lány közül pontosan az egyik használ. Számozzuk meg a OpSFVNHW 1-WO 102-LJ *DEL PLQGHQ PiVRGLNUD WHKiW D NHWWYHO RV]WKDWy V]iPRW YLVHO OpSFVNUH OpS Ui HEEO |VV]HVHQ 51 OpSFVIRN YDQ =VX]VL D 3-PDO RV]WKDWy OpSFVIRNRNDW KDV]QiOMD ezeNEO 102 : 3 = 34  OpSFVIRN YDQ $]W LV PHJILJ\HOKHWMN KRJ\ QpPHO\OpSFVIRNRNDW*DELLVpV=VX]VLLVKDV]QiOMD(]HNpSSHQ D KDWWDO RV]WKDWy V]iPRW YLVHO OpSFVIRNRN V]iPXN 102 : 6 = 17 . Ezeket nem szeretnénk beleszámolni a megoldásba, de az 51 és a 34 összege kétszer is tartalmazza. Így a megoldás: 51 + 34 − 2 ⋅17 = 51 . Tehát 51OpSFVIRNRWKDV]QiOQDNSRQWRVDQNHWWHQ 0iVRGLNPHJROGiV$N|YHWNH]V]iPVRUEDQD]DOiK~]RWWV]iPRN *DEL OpSFVIRNDLW MHOHQWLN =VX]VL OpSFVIRNDLQDk sorszámát áthúzással jelöltük: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Megfigyelhetjük, hogy az egyféleképpen jelölt számok (2, 3, 4, 8, 9, 10, 12, 13, 14,…) szabályosan helyezkednek el a számsorban. Ha hatos csoportosításban nézzük a számokat, akkor minden csoport 2., 3. és 4. tagja jöhet számításba, azaz hatból három. Mivel 102ben a hat 17-szer van meg, így összesen 3 ⋅17 = 51  OpSFVIRNRW érint pontosan egy gyerek. Természetesen mindezt Venn-diagramon is lehet szemléltetni.

51–17=34

17

34-17=17

Az A halmaz jelöli a 102-nél nem nagyobb 2-vel osztható pozitív számok halmazát, a B pedig a 3-mal osztható, 102-nél nem nagyobb pozitív számok halmazát. Az ábráról leolvasható a megoldás: 34 + 17 = 51  (QQ\L OpSFVIRNUD OpS SRQWRVDQ NpW J\Hrek.

62