32.2 สับเซตและเซตที่เท่ากัน
ถ้านักเรียนทุกคนในชมรมถ่ายภาพอยู่ในชมรมศิลปะด้วย จะเขียนความสัมพันธ์นี้อย่างไร เราไม่ได้บอกว่าสองชมรมเป็นชมรมเดียวกัน เพียงบอกว่ากลุ่มแรกไม่มีคนที่อยู่นอกกลุ่มหลัง ชมรมศิลปะอาจมีคนวาดภาพที่ไม่ได้ถ่ายภาพก็ได้ หน้านี้ให้ชื่อและสัญลักษณ์กับความสัมพันธ์แบบนี้ แล้วฝึกตรวจว่าจริงหรือไม่
จากสมาชิกหนึ่งตัวสู่สมาชิกทุกตัว
นิยาม
อ่านว่า เป็นสับเซตของ เมื่อสมาชิกทุกตัวของ เป็นสมาชิกของ ถ้ามีสมาชิกของ เพียงตัวเดียวที่ไม่อยู่ใน ก็พอจะสรุปว่า ไม่เป็นสับเซตของ เขียน
หนังสือหลายเล่มเขียน ในความหมายเดียวกันนี้ เมื่ออ่านโจทย์จากที่อื่นให้ดูนิยามของหนังสือเล่มนั้นประกอบ
ในแผนภาพ ถ้า วงของ จะอยู่ในวงของ ทั้งวง ไม่มีส่วนใดของ ยื่นออกไปนอก ถ้ามีสมาชิกเพียงตัวเดียวอยู่ในส่วนที่ยื่นออกไป ความสัมพันธ์นี้ก็ล้มทันที
เหตุที่ตัวอย่างค้านตัวเดียวพอ เพราะนิยามใช้คำว่า ทุกตัว เหมือนครูประกาศว่า นักเรียนทุกคนในห้องส่งการบ้านแล้ว ถ้าพบคนเดียวที่ยังไม่ส่ง ประกาศนั้นก็ไม่จริง แต่ถ้าจะยืนยันว่าจริง ต้องตรวจครบทุกคน
สับเซตที่มีอยู่เสมอ
มีสองข้อที่จริงกับทุกเซต ข้อแรก เพราะสมาชิกทุกตัวของ อยู่ใน แน่นอน ข้อสอง เสมอ ข้อหลังนี้ฟังแปลก จึงขอให้เหตุผลแบบนี้ ถ้าจะบอกว่า ต้องชี้สมาชิกของ ที่ไม่อยู่ใน ให้ได้หนึ่งตัว แต่เซตว่างไม่มีสมาชิกให้ชี้เลย จึงหาตัวค้านไม่ได้ ข้อความว่า จึงไม่มีทางผิด
ลองคิดก่อน
ให้ เพื่อนบอกว่า เพราะเซตว่างเป็นสับเซตของทุกเซต ถูกหรือไม่
ดูคำตอบ
ไม่ถูก ข้อเท็จจริงคือ แต่ ถามอีกเรื่องหนึ่ง คือถามว่าเซตว่างอยู่ในรายการสมาชิกของ หรือไม่ รายการของ มีแค่ กับ จึงได้ ถ้าเป็น จึงจะได้
ตรวจสับเซตของเซตจำกัด
วิธีตรวจคือหยิบสมาชิกของเซตทางซ้ายทีละตัว แล้วถามว่าอยู่ในเซตทางขวาหรือไม่ ถ้าทุกตัวผ่านก็เป็นสับเซต ถ้าตัวใดไม่ผ่านให้หยุดได้ทันที
ตัวอย่าง 1
ให้ และ ตรวจ และ
- ตรวจ ต้องหยิบสมาชิกของ ทีละตัว และ ครบทุกตัวแล้ว จึงได้
- ตรวจ หยิบสมาชิกของ ตัวแรกคือ พบว่า หยุดได้เลย ไม่ต้องตรวจ เพราะตัวค้านตัวเดียวพอ จึงได้
- ทิศทางสำคัญ การที่ ไม่ได้บอกอะไรเกี่ยวกับ ต้องตรวจแยกกัน
เซตที่เท่ากัน
เมื่อ และ จะได้ เพราะทั้งสองเซตมีสมาชิกตรงกันทั้งหมด ไม่มีตัวไหนของ อยู่นอก และไม่มีตัวไหนของ อยู่นอก วิธีตรวจสองทางนี้เป็นวิธีมาตรฐานในการพิสูจน์ว่าสองเซตเท่ากัน และจะได้ใช้อีกในบทที่ 33 เรื่องตรรกศาสตร์ ซึ่งมีข้อความแบบ ก็ต่อเมื่อ ที่ต้องพิสูจน์สองทางเหมือนกัน
ตัวอย่าง 2
ให้ และ ตรวจว่าสองเซตเท่ากันหรือไม่
- จัด ก่อน รายการซ้ำไม่นับเพิ่ม และลำดับไม่มีผล จึงเหลือสมาชิกคือ
- ตรวจ สมาชิก ของ อยู่ใน ทุกตัว
- ตรวจ สมาชิก ของ อยู่ใน ทุกตัว
- ได้ทั้งสองทาง จึงสรุปว่า
ลองคิดก่อน
ถ้า แล้วสรุปว่า ได้หรือไม่
ดูคำตอบ
ไม่ได้ เช่น กับ ต่างมีสองสมาชิกแต่สมาชิกไม่ตรงกัน จำนวนเท่ากันอ่อนกว่าเซตเท่ากัน ในทางกลับกัน ถ้า แล้ว แน่นอน จึงใช้จำนวนสมาชิกตรวจได้แค่ทางเดียว คือถ้าจำนวนไม่เท่ากัน สรุปได้ทันทีว่าเซตไม่เท่ากัน
ระวังระดับของวงเล็บ
เปรียบเทียบสิ่งหนึ่งกับเซต ส่วน เปรียบเทียบเซตกับเซต ต้องอ่านว่าแต่ละข้างเป็นอะไร เช่น ถ้า แล้ว เป็นจริง แต่ เป็นเท็จ เพราะรายการสมาชิกตัวที่สองเป็นเซต ไม่ใช่จำนวน
นึกถึงกล่องในหน้า 32.1 กล่อง มีของสองชิ้น คือเลข กับกล่องเล็กที่มีเลข อยู่ข้างใน ถ้าเปิดกล่อง ชั้นเดียว จะไม่เห็นเลข ตรงๆ เห็นแต่กล่องเล็ก
ตัวอย่าง 3
ให้ ข้อความใดจริง
- แจกแจงสมาชิกของ ให้ชัดก่อน สมาชิกมีสองตัวคือ กับ
- ถามว่าสมาชิกทุกตัวของ อยู่ใน หรือไม่ สมาชิกมีตัวเดียวคือ และ จึงจริง
- ถามว่า หรือไม่ ไม่ใช่ เพราะ มีกล่อง ไม่ใช่เลข จึงเป็นเท็จ
- ถามว่า หรือไม่ ใช่ จึงจริง วงเล็บชั้นนอกที่เพิ่มขึ้นคือการสร้างเซตที่มี เป็นสมาชิก
หลักจำง่ายๆ คือ ตรงกับ เสมอ ถ้าสับสนว่าข้อความไหนจริง ให้แปลง กลับเป็นคำถามว่าสมาชิกแต่ละตัวอยู่ในรายการหรือไม่
ใช้เงื่อนไขยืนยันสับเซตอนันต์
การหักล้างคำว่า ทุก ทำได้ด้วยตัวอย่างค้านเพียงตัวเดียว แต่การยืนยันว่าเป็นสับเซตต้องตรวจให้ครบ หรือใช้เงื่อนไขที่ครอบคลุมสมาชิกทุกตัว ถ้าเป็นเซตอนันต์ การลองตัวเลขไม่กี่ตัวไม่พอ เพราะตัวที่ยังไม่ได้ลองมีไม่จำกัด ต้องใช้รูปทั่วไปของสมาชิกแทน
ตัวอย่าง 4
ให้ เป็นเซตจำนวนเต็มคู่ และ จงแสดงว่า แต่
- เขียนสมาชิกของ ในรูปทั่วไป จำนวนคู่ทุกตัวเขียนได้เป็น เมื่อ การเขียนแบบนี้ครอบคลุมสมาชิกทุกตัวในคราวเดียว ไม่ต้องลองทีละตัว
- จำนวนเต็มคูณจำนวนเต็มได้จำนวนเต็ม จึงได้ ทุกค่า ที่เป็นจำนวนเต็ม แปลว่าสมาชิกทุกตัวของ อยู่ใน ได้
- ส่วน ใช้ตัวอย่างค้านตัวเดียว แต่ หารด้วย ไม่ลงตัว จึงได้ และ
- เมื่อ สองเซตจึงไม่เท่ากัน
การตรวจตัวเลขท้ายตัวอย่างช่วยตรวจภาพรวมเท่านั้น ส่วนที่รับรองสมาชิกทุกตัวคือข้อความว่า เป็นจำนวนเต็มเมื่อ เป็นจำนวนเต็ม ควรแยกบทบาทของตัวอย่างกับเหตุผลทั่วไปให้ชัด
ตัวอย่าง 5
ให้ และ เซตใดเป็นสับเซตของอีกเซต
- สมาชิกของ เขียนได้เป็น เมื่อ จัดใหม่ได้ และ เป็นจำนวนเต็ม จึงหารด้วย ลงตัว ทุกตัวของ อยู่ใน ได้
- ตรวจทางกลับ หาตัวค้านใน ที่หารด้วย ไม่ลงตัว เช่น ซึ่ง แต่ ได้
- สรุป แต่ สอดคล้องกับความรู้สึกว่า พหุคูณของ เป็นพหุคูณของ เพียงบางส่วน
ถ้าเซต มีสามสมาชิก จะมีสับเซตได้กี่เซต หน้าถัดไปสำหรับสายเพิ่มเติมจะรวบรวมสับเซตทั้งหมดเป็นเซตใหม่ ส่วนสายพื้นฐานไปต่อที่หน้า 32.4 ได้เลย
สรุป
- เมื่อสมาชิกทุกตัวของ อยู่ใน ต้องตรวจครบทุกตัว
- ตัวอย่างค้านหนึ่งตัวใช้ปฏิเสธสับเซตได้
- และ เสมอ แต่ ต้องดูรายการสมาชิก
- เซตเท่ากันเมื่อเป็นสับเซตของกันและกัน จำนวนสมาชิกเท่ากันไม่พอ
- ตรงกับ ระวังจำนวนชั้นของวงเล็บ
- เซตอนันต์ต้องยืนยันด้วยรูปทั่วไปของสมาชิก ไม่ใช่ลองไม่กี่ตัว