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Beweise mit Mengen

Mit der Elementmethode Teilmengen und Gleichheiten von Mengen beweisen.

In einem Satz: Um etwas über Mengen zu beweisen, nimmst du ein beliebiges Element und verfolgst, in welchen Mengen es liegen muss.

“Beliebig” heißt: Du hast kein bestimmtes Element im Kopf, sondern argumentierst für jedes mögliche. Dann gilt das Ergebnis für alle.

Zu zeigen ist A∩(B∪C)=(A∩B)∪(A∩C)A \cap (B \cup C) = (A \cap B) \cup (A \cap C).

Schritt 1: "⊆\subseteq". Sei x∈A∩(B∪C)x \in A \cap (B \cup C). Dann ist x∈Ax \in A und x∈B∪Cx \in B \cup C. Wir unterscheiden zwei Fälle:

  • Ist x∈Bx \in B, dann liegt xx in AA und in BB, also x∈A∩Bx \in A \cap B.
  • Ist x∈Cx \in C, dann liegt xx in AA und in CC, also x∈A∩Cx \in A \cap C.

In beiden Fällen ist x∈(A∩B)∪(A∩C)x \in (A \cap B) \cup (A \cap C).

Schritt 2: "⊇\supseteq". Sei x∈(A∩B)∪(A∩C)x \in (A \cap B) \cup (A \cap C). Wieder zwei Fälle:

  • Ist x∈A∩Bx \in A \cap B, dann ist x∈Ax \in A und x∈Bx \in B. Wegen B⊆B∪CB \subseteq B \cup C gilt x∈B∪Cx \in B \cup C. Also x∈A∩(B∪C)x \in A \cap (B \cup C).
  • Ist x∈A∩Cx \in A \cap C, dann folgt genauso x∈A∩(B∪C)x \in A \cap (B \cup C).

Beide Richtungen sind gezeigt, also sind die Mengen gleich.

Gilt die Behauptung A∖(B∖C)=(A∖B)∖CA \setminus (B \setminus C) = (A \setminus B) \setminus C für alle Mengen? Nein. Wähle A=B=C={1}A = B = C = \{1\}. Dann ist

A∖(B∖C)={1}∖∅={1},(A∖B)∖C=∅∖{1}=∅.A \setminus (B \setminus C) = \{1\} \setminus \emptyset = \{1\}, \qquad (A \setminus B) \setminus C = \emptyset \setminus \{1\} = \emptyset .

Die beiden Mengen sind verschieden, die Behauptung ist damit widerlegt. Ein Gegenbeispiel genügt, weil die Behauptung für alle Mengen gelten soll. Das ist die Verneinung eines ∀\forall-Satzes aus dem Artikel Logik und Notation.