[29] Esercizio Insiemi

Messaggioda DavidGnomo » 15/01/2021, 16:02

Buonasera, un dubbio.

Esercizio
In una classe di 24 studenti, 10 seguono un corso di francese, 12 un corso d'inglese e 5 nessun corso.
Quanti studenti seguono entrambi i corsi di lingua?

Soluzione
Calcolo quanti studenti seguono almeno un corso: 24 - 5 = 19
Poichè $|F \cup I| = 22$ allora calcolando $22 - 19 = 3$ abbiamo il numero di studenti che seguono entrambi i corsi.

La risposta è giusta ma vorrei essere più formale dal punto di vista matematico. Quel che voglio dire è che vorrei utilizzare un modo più preciso per risolvere questo tipo di esercizi. Ne ho risolti altri simili ma tutti risolti in questo modo "intuitivo". Avete suggerimenti? Grazie :)

PS: Sapete come si scrive in latex il simbolo di non inclusione? Ho provato $\not\subseteq$ ma non funziona.
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Re: [29] Esercizio Insiemi

Messaggioda 3m0o » 15/01/2021, 17:33

DavidGnomo ha scritto:La risposta è giusta ma vorrei essere più formale dal punto di vista matematico. Quel che voglio dire è che vorrei utilizzare un modo più preciso per risolvere questo tipo di esercizi. Ne ho risolti altri simili ma tutti risolti in questo modo "intuitivo". Avete suggerimenti? Grazie :)

Lo formalizzi con il principio di inclusione-esclusione. Hai che dato un insieme \(A\), e denotiamo \( \left| A \right| \) la sua cardinalità, i.e. numero di elementi, e inoltre siano dati \( A_1, \ldots, A_n \) dei sottoinsiemi di \(A\) non necessariamente disgiunti. Allora
\[ \left| \displaystyle{\bigcup_{j=1}^{n}} A_j \right| = \sum_{k=1}^{n} (-1)^{k+1} \sum_{1 \leq j_1 < \ldots < j_k \leq n } \left| \displaystyle{\bigcap_{i=1}^{k}} A_{j_i} \right| \]
Questa formula complicata con due sottoinsiemi \(A_1,A_2 \) si traduce semplicemente in
\[ \left| A_1 \cup A_2 \right| = \left| A_1 \right| + \left| A_2 \right| - \left| A_1 \cap A_2 \right| \]
mentre con 3 sottoinsiemi \( A_1,A_2,A_3 \) hai
\[ \left| A_1 \cup A_2 \cup A_3 \right| = \left| A_1 \right| + \left| A_2 \right| + \left| A_3 \right| - \left| A_1 \cap A_2 \right| - \left| A_1 \cap A_3 \right| - \left| A_2 \cap A_3 \right| + \left| A_1 \cap A_2 \cap A_3 \right| \]

Suddividi i tuoi \( A_1 \) con studenti di francese, \(A_2 \) studenti di inglese, e \(A_3 \) studenti nullafacenti.
Hai che
\[ \left| A_1 \cup A_2 \right| = 19 = \left| A_1 \right| + \left| A_2 \right| - \left| A_1 \cap A_2 \right| \ \ \ \ (1.0) \]
inoltre puoi sostituire i valori che conosci e ottieni in (1.0)
\[ 19 = 10 + 12 - \left| A_1 \cap A_2 \right| \ \ \ \ (1.0) \]
da cui
\[ \left| A_1 \cap A_2 \right| = 22-19=3 \ \ \ \ (1.0) \]

Alternativa (più complicata):
oppure usare quella per 3 insiemi hai che
\[ \left| A_1 \cup A_2 \cup A_3 \right| = 24 \ \ \ \ (2.0) \]
sostituisci i valori che conosci e usando il principio di inclusione-esclusione hai che (2.0) si può scrivere anche
\[ 24 = 10+ 12 + 5 - \left| A_1 \cap A_2 \right| - 0 - 0 + 0 \ \ \ \ (2.0) \]

Domanda per te: perché possiamo dire che \( \left| A_1 \cap A_3 \right| = \left| A_2 \cap A_3 \right| = \left| A_1 \cap A_2 \cap A_3 \right| = 0 \) ??

E ottenere quindi che
\[ \left| A_1 \cap A_2 \right|= 27-24 = 3 \]

L'intuizione che ci sta dietro a quella formula è facile da capire facendosi un diagramma di Venn classico. Ad esempio con due insiemi \( A_1, A_2 \) vuoi capire quanti elementi contiene l'unione, conti prima gli elementi di \(A_1 \) poi gli elementi di \(A_2\) solo che hai contato due volte gli elementi che stanno sia in \(A_1\) sia in \(A_2\) e quindi devi togliere gli elementi di \( \left| A_1 \cap A_2 \right| \), altrimenti li avresti contati due volte. Allo stesso modo prova a capire l'intuizione con tre insiemi usano i diagrammi di Venn.
L'idea rimane invariata!
DavidGnomo ha scritto:PS: Sapete come si scrive in latex il simbolo di non inclusione? Ho provato $\not\subseteq$ ma non funziona.

Per il simbolo di non inclusione è corretto \not\subseteq, solo che lo hai messo tra i due dollari "$" mentre devi metterlo tra "\ (" e "\ )", senza gli spazi. E ottieni \( \not\subseteq \)
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Re: [29] Esercizio Insiemi

Messaggioda DavidGnomo » 16/01/2021, 11:59

Vediamo se ho capito. :)
Possiamo dire
$| A_1 \cap A_3| = | A_2 \cap A_3| = | A_1 \cap A_2 \cap A_3| = 0$
perchè $A_3$ è l'insieme dei fannulloni (ahah) quindi è un insieme vuoto dato che non seguono alcun corso (non hanno corsi in comune con gli altri gruppi). Per cui abbiamo $A_3 = \emptyset$

Infatti:
Sia $A$ un insieme qualsiasi, abbiamo che $A \cap \emptyset = \emptyset$, da cui
$A_1 \cap A_3 = \emptyset$
$A_2 \cap A_3 = \emptyset$
$A_1 \cap A_2 \cap A_3 = \emptyset$.
Inoltre, l'insieme vuoto è unico.

Infine, poichè $|\emptyset| = 0$ allora possiamo dire che
$| A_1 \cap A_3| = | A_2 \cap A_3| = | A_1 \cap A_2 \cap A_3| = 0$


Giusto?
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Re: [29] Esercizio Insiemi

Messaggioda 3m0o » 16/01/2021, 12:59

DavidGnomo ha scritto:Per cui abbiamo $A_3 = \emptyset$

No. Ci sono 5 studenti in \( A_3\), come fa ad essere vuoto?

DavidGnomo ha scritto:$A_1 \cap A_3 = \emptyset$
$A_2 \cap A_3 = \emptyset$
$A_1 \cap A_2 \cap A_3 = \emptyset$.


Questo è giusto! Perché?
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Re: [29] Esercizio Insiemi

Messaggioda DavidGnomo » 16/01/2021, 13:30

Noooooooooooooooooooo, ho scritto una grande cavolata arghhh! Non modifico perchè mi sia da monito!
Infatti, $|A_3| = 5$ -_-

E' giusto perchè in $A_1$ ce $A_2$ ci sono studenti che seguono almeno un corso, in $A_3$ ci sono studenti che non seguono niente e quindi non hanno elementi in comune ovvero sono disgiunti.
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Re: [29] Esercizio Insiemi

Messaggioda Bokonon » 16/01/2021, 18:22

...poi c'è la versione spiccia.
24-5=19 studenti frequentano almeno un corso.
I corsi sono frequentati da 10+12=22 studenti.
Quindi 22-19=3 studenti frequentano entrambi i corsi
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Re: [29] Esercizio Insiemi

Messaggioda 3m0o » 17/01/2021, 01:00

Bokonon ha scritto:...poi c'è la versione spiccia.
24-5=19 studenti frequentano almeno un corso.
I corsi sono frequentati da 10+12=22 studenti.
Quindi 22-19=3 studenti frequentano entrambi i corsi

Si ma l'OP aveva domandato come fare in modo formale, mi pare che la versione "spiccia" l'avesse già capita da sé.
Comunque sia
DavidGnomo ha scritto:Noooooooooooooooooooo, ho scritto una grande cavolata arghhh! Non modifico perchè mi sia da monito!
Infatti, $ |A_3| = 5 $ -_-

Non si modifica altrimenti la discussione per chi leggerà in futuro perde di senso. E non c'è nulla di male a dire qualcosa di sbagliato.
DavidGnomo ha scritto:E' giusto perchè in $ A_1 $ ce $ A_2 $ ci sono studenti che seguono almeno un corso, in $ A_3 $ ci sono studenti che non seguono niente e quindi non hanno elementi in comune ovvero sono disgiunti.

Esattamente.

E ad ogni modo hai poi capito l'intuizione che v'è dietro alla principio di inclusione-esclusione?
3m0o ha scritto:L'intuizione che ci sta dietro a quella formula è facile da capire facendosi un diagramma di Venn classico. Ad esempio con due insiemi \( A_1, A_2 \) vuoi capire quanti elementi contiene l'unione, conti prima gli elementi di \( A_1 \) poi gli elementi di \( A_2 \) solo che hai contato due volte gli elementi che stanno sia in \( A_1 \) sia in \( A_2 \) e quindi devi togliere gli elementi di \( \left| A_1 \cap A_2 \right| \), altrimenti li avresti contati due volte. Allo stesso modo prova a capire l'intuizione con tre insiemi usano i diagrammi di Venn.
L'idea rimane invariata!
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Re: [29] Esercizio Insiemi

Messaggioda DavidGnomo » 17/01/2021, 13:46

Esattamente, è una cosa che avevo intuito quando andando a contare gli elementi dell'unione non mi tornava e dovevo per forza sottrarre la loro intersezione per il motivo da te descritto (ho usato i diagrammi)! E' che non riuscivo a formalizzare come mi sarebbe piaciuto e come tu hai fatto.

Grazie ancora a tutti! Alla prossima :)
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Re: [29] Esercizio Insiemi

Messaggioda 3m0o » 19/01/2021, 16:36

3m0o ha scritto:\[ \left| A_1 \cup A_2 \cup A_3 \right| = \left| A_1 \right| + \left| A_2 \right| + \left| A_3 \right| - \left| A_1 \cap A_2 \right| - \left| A_1 \cap A_3 \right| - \left| A_2 \cap A_3 \right| + \left| A_1 \cap A_2 \cap A_3 \right| \]

Quindi riesci a spiegarmi, come ho fatto io, il motivo per cui questo è vero? Ovvero perché sommo e sottraggo quei termini?
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Re: [29] Esercizio Insiemi

Messaggioda DavidGnomo » 23/01/2021, 17:27

Perchè se due insiemi sono intersecati, la loro unione comprende anche gli elementi di entrambi.
Prendiamo ad esempio due insiemi $A$ e $B$.
Ci verrebbe naturale calcolare la cardinalità dell'unione in questo modo: $|A \cup B| = |A| + |B|$. Sommare, quindi gli elementi del primo insieme con il secondo.
Tuttavia, questa somma bruta andrebbe bene se $A \cap B = \emptyset$ (insiemi disgiunti).
Avendo, invece, degli elementi in comune, bisogna sottrarli dal totale.

Se gli insiemi sono tre, $A, B, C$ bisogna sottrarre anche le intersezioni comuni non solo ad $A, B$ ma anche $A, C$ e $B, C$.
Sempre per il motivo di non contare lo stesso elemento più di una volta.
La formula generale è quella che hai scritto nella prima risposta :)

PS: Se gli insiemi fossero digiunti allora $|A \cup B| = |A| + |B|$.
PSS: Scusa il ritardo nella risposta :)
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