Leitfragen
Warum bestimmt die Cantor’sche Mengendefinition schon recht weitgehend Begriffe wie Gleichheit oder Teilmengen?
Warum ist die Potenzmenge ein furchterregendes Konstrukt für Menschen, die Programme schreiben?
Wie unterscheiden sich die Rechenregeln für Mengen von denen für natürliche Zahlen, wo entsprechen sich die Regeln?
Eine Menge ist eine ” Zusammenfassung von [… ] Objekten unserer Anschauung oder unseres Denkens“ (Cantor, 1895). Diese Definition ist schlecht, weil sie auf Widersprüche führt. Eine Definition der Menge, die tragfähig ist, ist aber kompliziert und interessiert hier nicht.
Mengen notieren wir in Großbuchstaben, ihre Elemente zählen wir in geschweifen Klammern auf: M1 = {1,3,5}, M2 = {rot,grün,gelb}, M3 = {x|x ist transitives Verb} (lies: M3 ist die Menge aller x mit der Eigenschaft, dass x ein transitives Verb ist).
B ist Teilmenge von A (B⊆A), wenn jedes Element von B auch in A enthalten ist, echte Teilmenge von A (in Zeichen: B⊂A), wenn es zusätzlich mindestens ein x∈A gibt, für das x∉B gilt.
Zwei Mengen sind gleich, wenn sie die gleichen Elemente haben: B⊆A∧A⊆B (Extensionalitätsprinzip)
Die leere Menge, ∅= {x|x≠x} hat kein Element.
Die Potenzmenge ℘(A) ist die Menge aller Teilmengen von A. Die Potenzmenge einer n-elementigen Menge hat 2n Elemente. ℘({a,b}) = {∅,{a},{b},{a,b}}
Vereinigung: A∪B= {x|x∈A∨x∈B}.
Schnitt: A∩B= {x|x∈A∧x∈B}.
Differenz: A\B= {x|x∈A∧x∉B}.
Komplementbildung: = O\A= {x∈O|x∉A}. Dabei heißt O die Obermenge.
Hier steht ∘ für ∪ oder ∩
DeMorgan-Regeln:
Ihr solltet euch wenigstens an den rötlich unterlegten Aufgaben versuchen
(1)
Schreibt die Menge aller geraden Zahlen kleiner als 300, ohne einen Krampf in der Hand zu bekommen.
(2)
Was ist die Potenzmenge von {1,2,3}?
(3)
Macht euch klar, wie dramatisch 2n wächst. Dazu könnt ihr die Laufzeit eines hypothetischen Algorithmus’ analysieren, der alle Elemente der Potenzmenge seiner Eingabe durchgehen muss und, meinethalben, konstant eine Mikrosekunde (10-6 Sekunden) braucht, um eine Menge anzusehen.
Wie lange braucht er für eine Eingabe mit 10, 100, 1000, 10000 Elementen? Drückt die Laufzeiten jeweils in vernünftigen Einheiten aus (ein Jahr sind ungefähr 3 ×107 Sekunden).