对于集合 $M$,定义函数 $f_M(x)=\begin{cases}-1,&x\in M\\ 1,&x\not\in M\end{cases}$,对于两个集合 $M,N$,定义集合 $M\Delta N=\{x\mid f_M(x)\cdot f_N(x)=-1\}$.已知 $A=\{2,4,6,8,10\}$,$B=\{1,2,4,8,16\}$.
【难度】
【出处】
【标注】
  • 方法
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    思考方式
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    信息迁移
  • 方法
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    思考方式
    >
    信息迁移
  • 知识点
    >
    计数与概率
    >
    计数中的常用知识
    >
    容斥原理
  • 知识点
    >
    函数
    >
    集合与映射
    >
    集合的运算
  1. 写出 $f_A(1)$ 和 $f_B(1)$ 的值,并用列举法写出集合 $A\Delta B$;
    标注
    • 方法
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      思考方式
      >
      信息迁移
    答案
    $f_A(1)=1,f_B(1)=-1$,$A\Delta B=\{1,6,10,16\}$
    解析
    $f_A(1)=1,f_B(1)=-1$,$A\Delta B=\{1,6,10,16\}$;
  2. 用 $\mathrm{card}(M)$ 表示有限集合 $M$ 所含元素的个数,求 $\mathrm{card}(X\Delta A)+\mathrm{card}(X\Delta B)$ 的最小值;
    标注
    • 方法
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      思考方式
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      信息迁移
    • 知识点
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      计数与概率
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      计数中的常用知识
      >
      容斥原理
    答案
    $4$
    解析
    如图 $A,B$ 把全集分成四个部分,设 $X$ 中的元素在第 $I,II,III,IV$ 部分的个数分别为 $x_1,x_2,x_3,x_4$,于是\[\begin{split}\mathrm{card}(X\Delta A)+\mathrm{card}(X\Delta B)&=\mathrm{card}(A)+\mathrm{card}(B)+2\mathrm{card}(X)-2\mathrm{card}(AX)-2\mathrm{card}(BX)\\&=10+2(x_1+x_2+x_3+x_4)-2(x_2+x_3)-2(x_3+x_4)\\&=10+2(x_1-x_3),\end{split}\]而$$x_1\geqslant0,0\leqslant x_3\leqslant \mathrm{card}(AB)=3,$$所以$$\mathrm{card}(X\Delta A)+\mathrm{card}(X\Delta B)\geqslant10+2(0-3)=4,$$此时 $X$ 只需满足 ① $X\subseteq A\Delta B$,② $A\Delta B\subseteq X$.
  3. 有多少个有序集合对 $(P,Q)$,满足 $P,Q\subseteq A\Delta B$,且 $(P\Delta A)\Delta(Q\Delta B)=A\Delta B$?
    标注
    • 知识点
      >
      函数
      >
      集合与映射
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      集合的运算
    答案
    $16$
    解析
    对集合间的运算“$\Delta$”考查其交换律和结合律.
    显然“$\Delta$”满足交换律,$A\Delta B=B\Delta A$;
    利用韦恩图,不难证明,$(A\Delta B)\Delta C=A\Delta(B\Delta C)$,所以$$(P\Delta A)\Delta(Q\Delta B)=(P\Delta Q)\Delta(A\Delta B),$$一方面,$M\Delta N=N$ 等价于 $M=\varnothing$;另一方面,$M\Delta N=\varnothing$ 等价于 $M=N$,所以 $P=Q$.
    由于 $\mathrm{card}(A\Delta B)=4$,因此 $(P,Q)$ 共有 $2^4=16$ 对.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2 问题3 答案3 解析3 备注3
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