Diferencia de conjuntos (2)

Vamos a dar las demostraciones de una serie de interesantes propiedades de la diferencia de conjuntos.

(1). Sean A,B y C tres subconjuntos de X, entonces

(A-B)- C = A- (B \cup C) .

En efecto, si A' es el complementario de A, tenemos que

(A-B)-C = (A \cap B') \cap C' = A \cap (B' \cap C'),

y aplicando las leyes de De Morgan,

A \cap (B' \cap C') = A \cap (B \cup C)' = A -(B \cup C).

Sin embargo, es

(2) A-(B-C) = (A-B) \cup (A \cap C).

La demostración es análoga a la anterior. Más interesantes son las igualdades donde intervienen uniones e intersecciones de familias de subconjuntos de X. Así si (A_i)_{i \in I} es una familia de partes de X y A \subset X, entonces

(3) A - \cup_{i \in I} A_{i} = \cap_{i \in I} (A-A_i),

(4) A -\cap_{i \in I} A_i = \cup_{i \in I}(A-A_i).

En efecto, tenemos que

A- \cup_{i \in I} A_i = A \cap (\cup_{i \in I} A_i)' = A \cap ( \cap_{i \in I} A_i') =\cap_{i \in I} (A \cap A_i')= \cap_{i \in I} (A- A_i).

La demostración de (4) es análoga.

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La diferencia de conjuntos (1)

Dados dos conjuntos A y B, su diferencia A-B o complemento relativo de A a B es el conjunto

\{ x \in A : x \notin B \}.

Al tratarse de un subconjunto de A, los axiomas de la teoría de conjuntos nos dicen que existe como tal y no necesitamos un marco más amplio para definirla. Sin embargo, en la mayoría de las ocasiones consideramos dos subconjuntos A y B de un conjunto dado X. En tal caso, la diferencia es un subconjunto de X y su definición es la misma

A-B = \{x \in X : x \in A, x \notin B \}.

Esta segunda interpretación es la que vamos a tomar para dar una serie de propiedades. En primer lugar,

A-A = \emptyset.

Propiedad de inmediata demostración. Por otro lado, en general

A-B \neq B-A.

Las propiedades más interesantes se dan cuando tenemos en cuenta la relación de la diferencia con otras operaciones de conjuntos como la unión, la intersección y el paso al complementario. Así tenemos que el complementario de A en relación a X es

A' = X -A,

y esto nos permite definir

A-B = A \cap B'.

Esta igualdad nos va a ser muy útil para las siguientes demostraciones.

Interesante equicardinalidad de conjuntos de funciones

Sean tres conjuntos A, B y C. Supongamos que los conjuntos A y B son equinumerosos (tienen el mismo cardinal). Sean

A^{C} = \{ f: C \rightarrow A \},

B^{C} = \{g: C \rightarrow B \},

los conjuntos de las funciones f de C en A y de las funciones g de C en B, respectivamente. Probaremos que A^{C} y B^{C} tienen el mismo cardinal. Para ello vamos a utilizar la biyección

f: A \rightarrow B

que, por hipótesis, existe entre A y B. Con ella, definimos la aplicación

\lambda : A^{C} \rightarrow B^{C},

dada por \lambda (h) = f \circ h. Esta aplicación está bien definida (ver imagen)

Imagen

pues a cada aplicación de C en A le hacemos corresponder una aplicación de C en B. Probaremos que \lambda es una biyección. El método que vamos a emplear es definir otra aplicación \mu que resulta ser inversa de \lambda. Sea pues

\mu : B^{C} \rightarrow A^{C}

dada por \mu (j) = f^{-1} \circ j.  Es fácil ver que está bien definida (ver imagen)

Imagen

Sólo nos resta ver las relaciones siguientes:

(\mu \circ \lambda)( h) = \mu (\lambda (h) ) = \mu (f \circ h) = f^{-1} \circ f \circ h =h,

(\lambda \circ \mu) (j) = \lambda (\mu (j )) = \lambda (f^{-1} \circ j) = f \circ f^{-1} \circ j = j.

En efecto, tales relaciones muestran que \lambda y \mu son inversas una de la otra por lo que son biyecciones y concluimos que el cardinal de A^{C} es igual al cardinal de B^{C}.