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Als Menge wird in der Mathematik ein abstraktes Objekt bezeichnet das aus der Zusammenfassung einer Anzahl einzelner Objekte hervorgeht Diese werden dann als die Elemente der Menge bezeichnet Die Menge ist eines der wichtigsten und grundlegendsten Konzepte der Mathematik mit ihrer Betrachtung beschaftigt sich die Mengenlehre Symbolische Darstellung einer Menge von VieleckenDie Menge von ebenen Vielecken mit weniger als drei Ecken enthalt keine Elemente sie ist leer Die Anzahl der Elemente kann von Null uber ein oder mehrere Elemente bis hin zu unendlich vielen reichen Die erste Abbildung symbolisiert eine Menge mit neun Elementen Die vorhandenen Elemente bestimmen vollstandig um was fur eine Menge es sich handelt hierbei ist jedoch die Menge selbst ein eigener Gegenstand und nicht dasselbe wie ihre Elemente Dies sieht man deutlich an einigen besonderen Grenzfallen Eine Menge kann null Elemente enthalten dies heisst leere Menge Im Gegensatz zu der Vielzahl sonstiger Mengen gibt es nur genau eine leere Menge Es ist auch moglich dass eine Menge genau ein einziges Element enthalt wenn z B ein Apfel auf dem Tisch liegt kann man die Menge bilden die nur diesen Apfel als Element hat Der Apfel und die Menge die nur diesen Apfel enthalt sind aber zwei verschiedene Gegenstande zum Beispiel einen Apfel kann man essen eine Menge nicht Bei der Bildung einer Menge geht es ausschliesslich um die Frage welche Elemente in ihr enthalten sind Es muss fur jedes Objekt zweifelsfrei feststehen ob es zur Menge gehort oder nicht wird diese Bedingung aufgeweicht gelangt man auf den nichtklassischen Begriff einer Fuzzy Menge Beim Begriff der Menge bleibt ausser Betracht ob es unter den Elementen zusatzlich irgendeine Ordnung geben konnte Mengen sind zunachst ungeordnete Gebilde Ist eine Reihenfolge der Elemente von Bedeutung dann spricht man stattdessen von einer endlichen oder unendlichen Folge wenn sich die Folgenglieder mit den naturlichen Zahlen aufzahlen lassen das erste das zweite usw Endliche Folgen heissen auch Tupel In einem Tupel oder einer Folge konnen Elemente auch mehrfach vorkommen da in der Hauptsache eine Anzahl von Platzen vergeben wird die zu besetzen sind In einer Menge ist dies nicht der Fall hier geht es nur darum ob ein bestimmter Gegenstand enthalten oder nicht enthalten ist Daher gibt es keine Moglichkeit dass eine Menge ein Element mehrmals enthalten konnte Wenn ein Konstrukt gewunscht ist das wie eine Menge Elemente enthalt und zusatzlich eine bestimmte Anzahl von Exemplaren jedes Elements vorsieht so heisst dies eine Multimenge In der Mathematik werden haufig Mengen betrachtet die als ihre Elemente Zahlen oder Punkte eines Raumes enthalten Das Konzept ist aber auf beliebige Objekte anwendbar z B in der Statistik auf Stichproben in der Medizin auf Patientenakten am Marktstand auf eine Tute mit Fruchten Sogar Mengen konnen als Elemente einer anderen Menge dienen Die Elemente einer Menge mussen auch nicht von gleichartiger Sorte sein Moglich ist z B auch die Menge die aus einem Apfel der Zahl Funf dem Patienten Maier und der leeren Menge besteht Diese Menge enthalt 4 Elemente Wie in diesem Beispiel kann eine Menge durch reine Aufzahlung ihrer Elemente definiert sein sie kann aber auch durch eine Beschreibung definiert sein die die Bedingungen nennt die von Objekten erfullt werden mussen um Element der Menge zu sein In einem solchen Fall konnen die Elemente mehr oder weniger ahnlich erscheinen z B die Menge der naturlichen Zahlen aber wie ahnlich 0 11 und 256 sind ist subjektiv Inhaltsverzeichnis 1 Begriff und Notation von Mengen 1 1 Andere Schreibweisen 1 2 Machtigkeit 2 Grundlegende Beziehungen zwischen Mengen 2 1 Gleichheit von Mengen und Extensionalitat 2 1 1 Gleichheit 2 1 2 Extensionalitat 2 2 Leere Menge 2 3 Nichtleere Menge 2 4 Bewohnte Menge 2 5 Teilmenge 2 6 Schnittmenge Schnitt auch Durchschnitt 2 7 Vereinigung Vereinigungsmenge 2 8 Differenz und Komplement 2 9 Symmetrische Differenz 2 10 Kartesisches Produkt 2 11 Potenzmenge 3 Beispiele fur Mengenoperationen 4 Weitergehende Begriffe 5 Padagogische Kontroverse um Neue Mathematik 6 Literatur 7 Weblinks 8 EinzelnachweiseBegriff und Notation von Mengen Bearbeiten Menge als gedankliche Zusammenfassung von ObjektenDer Begriff Menge geht auf Bernard Bolzano und Georg Cantor zuruck In Bolzanos Manuskripten aus den Jahren zwischen 1830 und 1848 heisst es Inbegriffe nun bey welchen auf die Art wie ihre Theile mit einander verbunden sind gar nicht geachtet werden soll an denen somit Alles was wir an ihnen unterscheiden bestimmt ist sobald nur ihre Theile selbst bestimmt sind verdienen es eben um dieser Beschaffenheit willen mit einem eigenen Nahmen bezeichnet zu werden In Ermangelung eines andern tauglichen Wortes erlaube ich mir das Wort Menge zu diesem Zwecke zu brauchen 1 Cantor beschrieb eine Menge naiv siehe aber auch Cantors Mengenaxiome als eine Zusammenfassung bestimmter wohlunterschiedener Objekte unserer Anschauung oder unseres Denkens zu einem Ganzen 2 Die Objekte der Menge heissen Elemente der Menge Weder der Begriff Menge noch der Begriff Element werden im mathematischen Sinn definiert sie werden auch nicht als oder in Axiomen definiert Die moderne Mengenlehre und damit ein Grossteil der Mathematik basiert auf den Zermelo Fraenkel Axiomen oder ZFA Neumann Bernays Godel Axiomen oder anderen Axiomensystemen Wir haben ein naturliches intuitiv richtiges Verstandnis fur Mengen allerdings fuhrt der Begriff die Menge aller Mengen die sich nicht selbst als Element enthalten zu einem Widerspruch der Russell schen Antinomie ebenso wie die Menge aller Mengen Eine Veranschaulichung des Mengenbegriffs die Richard Dedekind zugeschrieben wird ist das Bild eines Sackes der gewisse als Einzelne abgrenzbare Dinge enthalt Nutzlich ist diese Vorstellung zum Beispiel fur die leere Menge ein leerer Sack Die leere Menge ist also nicht nichts sondern der Inhalt eines Behaltnisses das keine der fur es als Inhalt vorgesehenen Dinge enthalt Das Behaltnis selbst verweist nur auf die bestimmte zusammenzufassende Sorte und Art von Elementen Diese Vorstellung hat aber ihre Grenzen Ein Behaltnis bleibt namlich dasselbe auch wenn man seinen Inhalt andert Dies ist bei Mengen anders Diese andern ihre Identitat wenn man neue Elemente hinzufugt oder bestehende entfernt Insofern ist es besser wenn man sich die Menge als Inhalt eines Behaltnisses vorstellt Eine Beispielmenge von Polygonen Dieselbe Menge als Behaltnis Menge als Inhalt eines BehaltnissesEndliche Mengen konnen insbesondere wenn sie relativ wenig Elemente haben durch Aufzahlen ihrer Elemente aufzahlende Mengenschreibweise angegeben werden etwa M blau gelb rot displaystyle M text blau text gelb text rot wobei es wie gesagt nicht auf eine Reihenfolge ankommt oder darauf ob ein Element mehr als einmal genannt wird Das heisst es gilt beispielsweise blau rot gelb blau gelb rot blau blau gelb rot displaystyle text blau text rot text gelb text blau text gelb text rot text blau text blau text gelb text rot Statt Kommata werden haufig als Trennzeichen fur die Elemente Semikola benutzt um eine mogliche Verwechslung mit Dezimalzahlen zu verhindern Oft ist es praktisch oder prinzipiell bei unendlichen Mengen unmoglich die Elemente einer Menge aufzuzahlen Es gibt aber eine andere Notation in der die Elemente einer Menge durch eine Eigenschaft festgelegt werden zum Beispiel M x x ist eine Grundfarbe displaystyle M x x text ist eine Grundfarbe Sprich M ist die Menge aller x fur die gilt x ist eine Grundfarbe Daneben pragte Dedekind das Synonym des Systems zu welchem er Elemente zusammenfasste Diese Bezeichnung ist heute noch teilweise ublich so nennt man eine Menge von Vektoren auch kurz ein Vektorsystem Andere Schreibweisen Bearbeiten Andere Schreibweisen fur Mengen konnen als Abkurzungen fur die intensionale Notation angesehen werden Die aufzahlende Schreibweise M blau gelb rot displaystyle M text blau text gelb text rot kann als eine Abkurzung fur die umstandliche Schreibweise M x x blau oder x gelb oder x rot displaystyle M x x text blau oder x text gelb oder x text rot verstanden werden Bei der Schreibweise mit Auslassungspunkten werden nur einige Elemente als Beispiele aufgefuhrt etwa M 3 6 9 12 96 99 displaystyle M 3 6 9 12 dots 96 99 Sie ist nur verwendbar wenn das Bildungsgesetz aus diesen Beispielen oder aus dem Zusammenhang klar ist Hier ist offenbar die Menge gemeint die sich intensional als M x x ist eine durch 3 teilbare Zahl zwischen 1 und 100 displaystyle M x x text ist eine durch 3 teilbare Zahl zwischen 1 und 100 schreiben lasst Diese Schreibweise wird haufig fur unendliche Mengen angewendet So beschreibt G 4 6 8 10 displaystyle G 4 6 8 10 dots die Menge der geraden naturlichen Zahlen die grosser sind als 2 Neue Mengen kann man auch durch Mengenoperationen bilden wie aus A displaystyle A und B displaystyle B die Schnittmenge M A B displaystyle M A cap B Diese kann intensional geschrieben werden als M x x ist in A und x ist in B displaystyle M x x text ist in A text und x text ist in B Ferner gibt es noch die induktive Definition von Mengen bei welcher mindestens ein Grundelement explizit angegeben wird und dann mindestens eine Regel wie aus einem Element ein weiteres Element abgeleitet werden kann So kann die obige Menge G displaystyle G ebenfalls beschrieben werden durchi 4 displaystyle 4 ist in G displaystyle G und ii fur jedes x displaystyle x in G displaystyle G ist auch x 2 displaystyle x 2 in G displaystyle G und iii nur Elemente die durch i und keine einmalige oder wiederholte Anwendung von ii erhalten werden sind in G displaystyle G Machtigkeit Bearbeiten Hauptartikel Machtigkeit Fur endliche Mengen ist die Machtigkeit oder Kardinalitat gleich der Anzahl der Elemente der Menge das ist eine naturliche Zahl einschliesslich der Null Der Begriff lasst sich auch auf unendliche Mengen verallgemeinern es stellt sich heraus dass zwei unendliche Mengen nicht gleichmachtig sein mussen Die Machtigkeit einer Menge M displaystyle M wird im Allgemeinen mit M displaystyle M gelegentlich auch mit M displaystyle M notiert Grundlegende Beziehungen zwischen Mengen BearbeitenDie Dinge die in einer Menge enthalten sind heissen Elemente Ist ein Objekt x displaystyle x Element einer Menge M displaystyle M so schreibt man dafur formal x M displaystyle x in M Die Verneinung x displaystyle x ist kein Element von M displaystyle M schreibt man als x M displaystyle x notin M Historisch geht das Elementzeichen displaystyle in zuruck auf den griechischen Buchstaben e als Anfangsbuchstabe von esti esti es ist 3 und wurde 1889 von Giuseppe Peano zum ersten Mal verwendet Gleichheit von Mengen und Extensionalitat Bearbeiten Gleichheit Bearbeiten Zwei Mengen heissen gleich wenn sie dieselben Elemente enthalten Diese Definition bezeichnet die Extensionalitat und damit die grundlegende Eigenschaft von Mengen Formal A B x x A x B displaystyle A B Longleftrightarrow forall x left x in A Leftrightarrow x in B right Tatsachlich wird eine Menge A displaystyle A aber meist intensional beschrieben Das heisst Es wird eine Aussageform P x displaystyle P x angegeben mit einer Objektvariablen x displaystyle x aus der wohlbestimmten Definitionsmenge D displaystyle D von P displaystyle P sodass x A displaystyle x in A genau dann gilt wenn P x displaystyle P x zutrifft Dafur schreibt man dann A x x D P x displaystyle A x mid x in D land P x oder auch kurzer A x D P x displaystyle A x in D mid P x Zu jeder Menge A displaystyle A gibt es viele verschiedene Aussageformen P x displaystyle P x die diese beschreiben Die Frage ob zwei gegebene Aussageformen P x displaystyle P x und Q x displaystyle Q x dieselbe Menge beschreiben ist keineswegs trivial Im Gegenteil Viele Fragestellungen der Mathematik lassen sich in dieser Form formulieren Sind x D P x displaystyle x in D mid P x und x D Q x displaystyle x in D mid Q x die gleiche Menge Viele Gleichheitsbeweise benutzen die Aquivalenz A B A B B A displaystyle A B iff A subseteq B land B subseteq A Extensionalitat Bearbeiten Hauptartikel Extensionalitatsaxiom Wenn zwei Mengen dieselben Elemente enthalten so sind sie gleich Auf die Art und Weise wie die Zugehorigkeit der Elemente zu den Mengen beschrieben ist kommt es dabei nicht an Die fur Mengen charakteristische Eigenschaft dass es auf die Art der Beschreibung nicht ankommt nennt man ihre Extensionalitat von lateinisch extensio Ausdehnung betrifft den Umfang des Inhaltes Unendliche Mengen mussen aber meist intensional beschreibende Mengenschreibweise beschrieben werden von lateinisch intensio Spannung betrifft die Merkmale des Inhaltes Das heisst Eine Menge wird durch eine bestimmte Bedingung oder Eigenschaft beschrieben die alle Elemente der Menge und nur diese erfullen beispielsweise G x N x mod 2 0 x gt 2 displaystyle G x in mathbb N mid x bmod 2 0 land x gt 2 gelesen sei G displaystyle G die Menge aller x displaystyle x fur die gilt x displaystyle x ist eine gerade naturliche Zahl und grosser als 2 oder kurzer sei G displaystyle G die Menge aller geraden naturlichen Zahlen gt 2 displaystyle gt 2 Es ist teilweise schwer zu entscheiden ob zwei intensional beschriebene Mengen gleich sind Dafur muss festgestellt werden ob die Eigenschaften aus den intensionalen Beschreibungen logisch aquivalent sind wenn die eine Eigenschaft wahr ist ist es auch die andere und umgekehrt Leere Menge Bearbeiten Hauptartikel Leere Menge Die Menge die kein Element enthalt heisst leere Menge Sie wird mit displaystyle emptyset oder auch displaystyle bezeichnet und hat die Machtigkeit 0 displaystyle emptyset 0 Aus der Extensionalitat folgt unmittelbar dass es nur eine leere Menge gibt Jede andere leere Menge die die gleichen also keine Elemente enthalt ware dieser gleich Folglich sind displaystyle emptyset und displaystyle emptyset verschieden da letztere Menge eine andere Menge als Element enthalt Nichtleere Menge Bearbeiten Eine nichtleere Menge ist eine Menge die nicht die leere Menge ist Eine nichtleere Menge enthalt daher mindestens ein Element Die Machtigkeit einer nichtleeren Menge ist grosser als 0 Bewohnte Menge Bearbeiten Eine bewohnte Menge ist eine Menge die ein Element enthalt 4 Das ist im Kontext klassischer Logik gleichbedeutend dazu nichtleer zu sein Die naheliegende Formalisierung von A displaystyle A ist nichtleer ist dieselbe wie die von A displaystyle A ist nicht unbewohnt In Kontexten in denen die logische Negation nicht zwingend eine Involution ist wie z B konstruktive Mathematik auf der Basis intuitionistischer Logik sind bewohnte Mengen zwar stets nichtleer es lasst sich allerdings nicht beweisen dass nichtleere Mengen stets bewohnt sind Die Begriffe mussen also unterschieden werden Teilmenge Bearbeiten Hauptartikel Teilmenge A ist eine echte Teilmenge von BEine Menge A displaystyle A heisst Teilmenge einer Menge B displaystyle B wenn jedes Element von A displaystyle A auch Element von B displaystyle B ist B displaystyle B wird dann Obermenge selten Ubermenge von A displaystyle A genannt Formal A B x x A x B displaystyle A subseteq B Longleftrightarrow forall x left x in A rightarrow x in B right Insbesondere ist also auch jede Menge A Teilmenge von sich selbst A A displaystyle A subseteq A Die leere Menge ist Teilmenge einer jeden Menge A displaystyle A ist echte Teilmenge von B displaystyle B oder B displaystyle B ist echte Obermenge von A displaystyle A wenn A displaystyle A Teilmenge von B displaystyle B ist aber von B displaystyle B verschieden also jedes Element aus A displaystyle A auch Element von B displaystyle B ist aber mindestens ein Element in B displaystyle B existiert das nicht in A displaystyle A enthalten ist Die Relation ist Teilmenge von bildet eine Halbordnung Die Relation echte Teilmenge ist eine strenge Halbordnung Es sind zwei Notationen fur Teilmengen gebrauchlich A B displaystyle A subseteq B fur Teilmenge und A B displaystyle A subset B fur echte Teilmenge oder A B displaystyle A subset B fur Teilmenge und A B displaystyle A subsetneq B fur echte Teilmenge Das erstgenannte System entspricht dem vom Bertrand Russell vgl Principia Mathematica eingefuhrten und verdeutlicht die Analogie zu den Zeichen displaystyle leq und lt displaystyle lt Es wird in diesem Artikel verwendet es sind jedoch beide Systeme weit verbreitet Die Negation der Relationen displaystyle in displaystyle subset und displaystyle subseteq kann durch das durchgestrichene jeweilige Relationssymbol bezeichnet werden also zum Beispiel durch displaystyle notin Ausserdem ist es moglich die Reihenfolge der beiden Argumente zu vertauschen wenn dabei auch das Relationssymbol umgedreht wird So kann also anstelle von x A displaystyle x in A auch A x displaystyle A ni x anstelle von A B displaystyle A subseteq B auch B A displaystyle B supseteq A und anstelle von A B displaystyle A subset B auch B A displaystyle B supset A geschrieben werden Auch ein gleichzeitiges Durchstreichen und Umdrehen dieser Relationssymbole ist denkbar Schnittmenge Schnitt auch Durchschnitt Bearbeiten Siehe auch Konjunktion UND Schnittmenge A B displaystyle A cap B Beispiel fur eine SchnittmengeGegeben ist eine nichtleere Menge U displaystyle U von Mengen Die Schnittmenge auch Durchschnittsmenge von U displaystyle U ist die Menge der Elemente die in jeder Elementmenge von U displaystyle U enthalten sind Formal U a U a x a U x a displaystyle bigcap U bigcap a in U a x mid forall a in U x in a 5 Die Schnittmenge von U displaystyle U ist auch dadurch charakterisiert dass fur jede Menge X displaystyle X gilt X U a U X a displaystyle X subseteq bigcap U iff forall a in U X subseteq a Elementmengen ohne gemeinsame Elemente heissen elementfremd oder disjunkt Ihre Schnittmenge ist die leere Menge Ist U displaystyle U eine Paarmenge also U A B displaystyle U A B so schreibt man fur U displaystyle bigcap U A B x x A x B A B displaystyle bigcap A B x mid left x in A right land left x in B right A cap B und liest dies A displaystyle A geschnitten mit B displaystyle B oder Der Durchschnitt von A displaystyle A und B displaystyle B ist die Menge aller Elemente die sowohl in A displaystyle A als auch in B displaystyle B enthalten sind Diese Schreibweise lasst sich leicht auf den Durchschnitt aus endlich vielen Mengen A 1 A 2 A n displaystyle A 1 A 2 dotsc A n verallgemeinern Abweichende Schreibweise fur den Durchschnitt aus beliebig vielen Mengen Die Elemente der Menge U displaystyle U die ja selbst wieder Mengen sind werden mit A l displaystyle A lambda bezeichnet Es wird eine Indexmenge L displaystyle Lambda Lambda eingefuhrt sodass U A l l L displaystyle U A lambda mid lambda in Lambda ist Die Schnittmenge U displaystyle bigcap U wird dann geschrieben als l L A l x l L x A l displaystyle bigcap lambda in Lambda A lambda x mid forall lambda in Lambda x in A lambda also die Menge aller Elemente die in samtlichen Mengen A l displaystyle A lambda enthalten sind 6 Eine altere Bezeichnung fur den Durchschnitt ist inneres Produkt oder Produkt erster Art Dieses wird dann auch als A 1 A 2 A n displaystyle A 1 cdot A 2 cdot dotsc cdot A n oder i 1 n A i displaystyle prod i 1 n A i geschrieben Insbesondere die letzte Schreibweise ist von vielen Autoren fur das kartesische Produkt siehe unten reserviert und sollte daher nicht fur die Schnittmenge verwendet werden um Missverstandnisse zu vermeiden Vereinigung Vereinigungsmenge Bearbeiten Vereinigungsmenge A B displaystyle A cup B Beispiel einer VereinigungsmengeSiehe auch Disjunktion ODER Dies ist der zur Schnittmenge duale Begriff Die Vereinigungsmenge von U displaystyle U ist die Menge der Elemente die in mindestens einer Elementmenge von U displaystyle U enthalten sind Formal U a U a x a U x a displaystyle bigcup U bigcup a in U a x mid exists a in U x in a Die Vereinigungsmenge von U displaystyle U ist auch dadurch charakterisiert dass fur jede Menge X displaystyle X gilt U X a U a X displaystyle bigcup U subseteq X iff forall a in U a subseteq X Im Gegensatz zu U displaystyle bigcap U ist U displaystyle bigcup U auch dann erklart wenn U displaystyle U leer ist und zwar ergibt sich displaystyle bigcup emptyset emptyset Fur U A B displaystyle U A B schreibt man analog zum Durchschnitt A B x x A x B A B displaystyle bigcup A B x mid left x in A right lor left x in B right A cup B und liest dies A displaystyle A vereinigt mit B displaystyle B oder Die Vereinigung von A displaystyle A und B displaystyle B ist die Menge aller Elemente die in A displaystyle A oder in B displaystyle B enthalten sind Das oder ist hier nicht ausschliessend zu verstehen Die Vereinigung umfasst auch die Elemente die in beiden Mengen enthalten sind Wenn Mengen keine gemeinsamen Elemente enthalten sie also disjunkt sind verwendet man auch das Zeichen displaystyle dot cup fur die Vereinigung dieser disjunkten Mengen Wahrend jedoch das Zeichen fur die Vereinigung A B displaystyle A cup B intuitiv mit dem des Junktors displaystyle lor oder identifiziert werden kann muss zwischen dem Zeichen fur die disjunkte Vereinigung A B displaystyle A mathbin dot cup B und dem Junktor displaystyle dot vee ausschliessendes oder unterschieden werden Unter Verwendung einer geeigneten Indexmenge L displaystyle Lambda schreibt man l L A l x l L x A l displaystyle bigcup lambda in Lambda A lambda x mid exists lambda in Lambda x in A lambda Diese Schreibweise ist auch fur die Vereinigung endlich vieler Mengen A 1 A 2 A n displaystyle A 1 A 2 dotsc A n geeignet Als altere Bezeichnung hierfur wird zuweilen noch die Summe verwendet und dann geschrieben A 1 A 2 A n displaystyle A 1 A 2 dotsb A n oder i 1 n A i displaystyle sum i 1 n A i Vorsicht Der Begriff Summe wird heute auch fur die disjunkte Vereinigung von Mengen benutzt Differenz und Komplement Bearbeiten Differenzmenge A B displaystyle A setminus B A ohne B Die Differenz wird gewohnlich nur fur zwei Mengen definiert Die Differenzmenge auch Restmenge von A displaystyle A und B displaystyle B in dieser Reihenfolge ist die Menge der Elemente die in A displaystyle A aber nicht in B displaystyle B enthalten sind Formal A B x x A x B displaystyle A setminus B x mid left x in A right land left x not in B right Die Differenzmenge A B displaystyle A setminus B ist auch dadurch charakterisiert dass fur jede Menge X displaystyle X gilt A B X A B X displaystyle A setminus B subseteq X iff A subseteq B cup X Die Differenz ist im Gegensatz zu Schnitt und Vereinigung weder kommutativ noch assoziativ Ist B A displaystyle B subseteq A so heisst die Differenz A B displaystyle A setminus B auch Komplement von B displaystyle B in A displaystyle A Dieser Begriff wird vor allem dann verwendet wenn A displaystyle A eine Grundmenge ist die alle in einer bestimmten Untersuchung in Frage stehenden Mengen umfasst Diese Menge muss dann im Folgenden nicht mehr erwahnt werden und B C x x B displaystyle B mathsf C x mid x not in B heisst einfach das Komplement von B displaystyle B Andere Schreibweisen fur B C displaystyle B mathsf C sind B displaystyle overline B B displaystyle complement B oder B displaystyle displaystyle B Symmetrische Differenz Bearbeiten Siehe auch Kontravalenz XOR Symmetrische Differenz A B displaystyle A bigtriangleup B A ohne B vereinigt mit B ohne A Die Menge A B A B B A A B A B displaystyle A bigtriangleup B left A setminus B right cup left B setminus A right A cup B setminus A cap B wird als symmetrische Differenz von A displaystyle A und B displaystyle B bezeichnet Es handelt sich um die Menge aller Elemente die jeweils in einer aber nicht in beiden Mengen liegen Bei Verwendung des ausschliessenden Oder entweder oder displaystyle veebar bzw displaystyle nleftrightarrow kann man dafur auch A B x x A x B displaystyle A bigtriangleup B x mid left x in A right veebar left x in B right schreiben Kartesisches Produkt Bearbeiten Hauptartikel Kartesisches Produkt Die Produktmenge oder das kartesische Produkt ist eine weitere Art der Verknupfung von Mengen Die Elemente des kartesischen Produkts zweier Mengen sind allerdings keine Elemente der Ausgangsmengen sondern komplexere Objekte Formal ist die Produktmenge von A displaystyle A und B displaystyle B definiert als A B a b a A b B displaystyle A times B left a b right mid a in A b in B und damit die Menge aller geordneten Paare deren erstes Element aus A displaystyle A und deren zweites Element aus B displaystyle B ist Unter der Verwendung von n Tupeln lasst sich das kartesische Produkt auch fur die Verknupfung endlich vieler Mengen A 1 A n displaystyle A 1 ldots A n verallgemeinern A 1 A n a 1 a n a i A i fur i 1 n displaystyle A 1 times dotsb times A n left a 1 dotsc a n right mid a i in A i text fur i 1 ldots n Sind die Mengen A 1 A n displaystyle A 1 ldots A n alle gleich einer Menge A displaystyle A so schreibt man fur die Produktmenge auch kurz A n displaystyle A n Fur die Produktmenge einer Familie von Mengen A l l L displaystyle A lambda lambda in Lambda mit einer beliebigen Indexmenge L displaystyle Lambda wird ein allgemeiner Funktionsbegriff benotigt Sie ist die Menge aller Funktionen die jedem Indexelement l displaystyle lambda ein Element der Menge A l displaystyle A lambda zuordnet also l L A l f L l L A l l L f l A l displaystyle prod lambda in Lambda A lambda f colon Lambda to bigcup lambda in Lambda A lambda mid forall lambda in Lambda f left lambda right in A lambda Ob ein solches kartesisches Produkt nicht leer ist das heisst ob es uberhaupt stets solche Funktionen wie auf der rechten Seite dieser Definitionsgleichung angegeben gibt hangt eng mit dem Auswahlaxiom zusammen Wenn die Mengen A l displaystyle A lambda alle gleich einer Menge A displaystyle A sind schreibt man die Produktmenge auch kurz als A L displaystyle A Lambda Potenzmenge Bearbeiten Hauptartikel Potenzmenge Die Potenzmenge P A displaystyle mathcal P A von A displaystyle A ist die Menge aller Teilmengen von A displaystyle A Die Potenzmenge von A displaystyle A enthalt immer die leere Menge und die Menge A displaystyle A Somit ist P displaystyle mathcal P emptyset emptyset also eine einelementige Menge Die Potenzmenge einer einelementigen Menge a displaystyle a ist P a a displaystyle mathcal P a emptyset a enthalt also zwei Elemente Allgemein gilt Besitzt A displaystyle A genau n displaystyle n Elemente so hat P A displaystyle mathcal P A die Elementanzahl 2 n displaystyle 2 n das heisst P A 2 A displaystyle mathcal P A 2 A Dies motiviert auch die Schreibweise 2 A displaystyle 2 A anstelle P A displaystyle mathcal P A Bei unendlichen Mengen ist der Begriff nicht unproblematisch Es gibt nachweislich kein Verfahren das alle Teilmengen auflisten konnte Siehe dazu Cantors zweites Diagonalargument Bei einem axiomatischen Aufbau der Mengenlehre etwa ZFC muss die Existenz der Potenzmenge durch ein eigenes Potenzmengenaxiom gefordert werden Konstruktive Mathematiker betrachten deshalb die Potenzmenge einer unendlichen Menge als einen grundsatzlich unabgeschlossenen Bereich zu dem je nach Fortgang der mathematischen Forschung immer noch neue Mengen hinzugefugt werden konnen Beispiele fur Mengenoperationen BearbeitenWir betrachten die Mengen X 1 2 3 displaystyle X 1 2 3 A 1 2 displaystyle A 1 2 und B 1 3 displaystyle B 1 3 Es gelten beispielsweise 2 A displaystyle 2 in A 2 B displaystyle 2 notin B X X displaystyle X subseteq X A X displaystyle A subset X B X displaystyle B subset X A B displaystyle A nsubseteq B A B 1 displaystyle A cap B 1 A B X displaystyle A cup B X Fur die Komplemente bezuglich X displaystyle X gilt A C 3 displaystyle A mathsf C 3 B C 2 displaystyle B mathsf C 2 X C displaystyle X mathsf C emptyset C X displaystyle emptyset mathsf C X A B 2 displaystyle A setminus B 2 B A 3 displaystyle B setminus A 3 X A 3 displaystyle X setminus A 3 A X displaystyle A setminus X emptyset A B 2 3 displaystyle A bigtriangleup B 2 3 A X 3 displaystyle A bigtriangleup X 3 B X 2 displaystyle B bigtriangleup X 2 X displaystyle X 3 A displaystyle A B displaystyle B 2 displaystyle emptyset 0 displaystyle left emptyset right 1 P A 1 2 1 2 displaystyle mathcal P A emptyset 1 2 1 2 P X A B B C B A A B A B A B displaystyle mathcal P X emptyset A cap B B mathsf C B setminus A A B A bigtriangleup B A cup B A B 1 1 1 3 2 1 2 3 displaystyle A times B 1 1 1 3 2 1 2 3 A 3 1 3 2 3 displaystyle A times 3 1 3 2 3 A 2 1 1 1 2 2 1 2 2 displaystyle A 2 1 1 1 2 2 1 2 2 3 3 3 3 3 displaystyle 3 3 3 3 3 displaystyle emptyset notin emptyset displaystyle emptyset in emptyset A displaystyle emptyset subset A P displaystyle mathcal P emptyset emptyset P displaystyle mathcal P left emptyset right emptyset emptyset A A displaystyle A times emptyset emptyset times A emptyset Konkrete Beispiele seien hier nochmals benannt Die Menge aller zweistelligen Schnapszahlen lautet 11 22 33 44 55 66 77 88 99 displaystyle lbrace 11 22 33 44 55 66 77 88 99 rbrace 33 ist ein Element dieser Menge 23 ist es nicht Die Menge der naturlichen Zahlen N 1 2 3 displaystyle mathbb N lbrace 1 2 3 dotsc rbrace ist eine echte Teilmenge der Menge der ganzen Zahlen Z 3 2 1 0 1 2 3 displaystyle mathbb Z lbrace dotsc 3 2 1 0 1 2 3 dotsc rbrace Weitergehende Begriffe Bearbeiten Spezielle Zahlenmengen ℕ ℤ ℚ ℝ ℂTeilmengen der reellen Geraden der Ebene oder des euklidischen Raumes oder sogar Teilmengen in beliebigen topologischen Raumen werden nicht selten auch Punktmengen genannt Hier ist letzterenfalls im englischen Sprachraum auch heute noch der Terminus point set topology gelaufig 7 In der modernen Mathematik werden die Zahlenbereiche rein mit den Methoden der Mengenlehre mit der leeren Menge als einzigem Grundbaustein schrittweise aufgebaut 8 von den Primzahlen und naturlichen Zahlen uber die ganzen Zahlen und die rationalen Zahlen zu den reellen Zahlen und weiter zu den komplexen Zahlen und noch daruber hinaus Bei unendlichen Mengen treten besondere Phanomene hinsichtlich der ublichen Ordnungsrelationen auf Zur Veranschaulichung der Beziehungen zwischen Mengen dienen Mengendiagramme Beziehungen zwischen den Elementen einer Menge und denen einer anderen werden durch Zuordnungen Relationen beschrieben eindeutige Zuordnungen durch Abbildungen Funktionen Padagogische Kontroverse um Neue Mathematik BearbeitenDie Unterrichtung der Mengenlehre an westdeutschen Schulen Anfang der 70er Jahren fuhrte zu padagogischen und gesellschaftlichen Kontroversen Fur weitergehende Informationen siehe Neue Mathematik Literatur BearbeitenKlaus Kursawe Mengen Zahlen Operationen Scripta Mathematica Aulis Verlag Deubner Koln 1973 ISBN 3 7614 0176 0 Hans Dieter Gerster Aussagenlogik Mengen Relationen Studium und Lehre Mathematik Franzbecker Hildesheim 1998 ISBN 3 88120 287 0 Adolf Fraenkel Einleitung in die Mengenlehre Springer Berlin Heidelberg New York 1928 Nachdruck Dr Martin Sandig Walluf 1972 ISBN 3 500 24960 4 Erich Kamke Mengenlehre 6 Auflage Walter de Gruyter Berlin 1969 Paul R Halmos Naive Mengenlehre Vandenhoeck amp Ruprecht Gottingen 1968 ISBN 3 525 40527 8 H Schinkothe Mengen und Langen Lehrbuch der elementaren Grundlagen mathematischen Denkens und seiner Entwicklung fur die Bereiche Kindergarten Vorschule Grundschule Sonderschule Rechenschwachetherapie RESI Volxheim 2000 Libri BoD ISBN 3 8311 0701 7 Oliver Deiser Einfuhrung in die Mengenlehre Die Mengenlehre Georg Cantors und ihre Axiomatisierung durch Ernst Zermelo 3 Auflage Springer Verlag Berlin Heidelberg 2010 ISBN 978 3 642 01444 4 doi 10 1007 978 3 642 01445 1 Weblinks Bearbeiten Wiktionary Menge Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen Wikibooks Mathe fur Nicht Freaks Mengenlehre Menge Lern und Lehrmaterialien Wikibooks Mathe fur Nicht Freaks Verknupfungen zwischen Mengen Lern und Lehrmaterialien Commons Boolesche Algebra Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Literatur uber Mengen im Katalog der Deutschen NationalbibliothekEinzelnachweise Bearbeiten Bernard Bolzano Einleitung zur Grossenlehre und erste Begriffe der allgemeinen Grossenlehre Hrsg Jan Berg Eduard Winter u a Hrsg Bernard Bolzano Gesamtausgabe II A Band 7 Friedrich Frommann Verlag Stuttgart Bad Cannstatt 1975 ISBN 3 7728 0466 7 S 152 Siehe Textstelle mit der Mengendefinition von Georg Cantor png fur die entsprechende Textstelle im Artikel Beitrage zur Begrundung der transfiniten Mengenlehre Mathematische Annalen Zeitschriftenband 46 Memento vom 23 April 2014 im Internet Archive So erklart in Bertrand Russell Alfred North Whitehead Principia Mathematica 1 Auflage Cambridge University Press Cambridge S 26 englisch Universitat Michigan PDF abgerufen am 23 Oktober 2011 1910 1913 und bereits fruher bei Peano Peter Schuster 19 Logisch zwingende Teilprinzipien von ZFC In Logique et Analyse Band 48 Nr 189 192 2005 S 303 Fur leeres U displaystyle U tritt bei dieser Formulierung noch deutlicher bei a x a displaystyle a in emptyset implies x in a nach der Regel ex falso quodlibet ein logisches Problem auf Welche x displaystyle x sollen da gemeint sein In Analogie zu U U displaystyle textstyle bigcap U subseteq bigcup U fur alle anderen nichtleeren U displaystyle U setzt man aber wegen displaystyle textstyle bigcup emptyset emptyset meist displaystyle textstyle bigcap emptyset emptyset Fasst man U displaystyle U selbst als Indexmenge auf und setzt A a a displaystyle A a a fur a U displaystyle a in U dann stimmt diese Schreibweise a U A a displaystyle textstyle bigcap a in U A a mit der obigen Definition U a U a displaystyle textstyle bigcap U bigcap a in U a uberein John B Conway A Course in Point Set Topology Springer Science Business Media Cham 2014 ISBN 978 3 319 02367 0 doi 10 1007 978 3 319 02368 7 Wolfgang Rautenberg Messen und Zahlen Heldermann Verlag Lemgo 2007 ISBN 978 3 88538 118 1 Normdaten Sachbegriff GND 4038613 2 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Menge Mathematik amp oldid 234418630