Számhalmazok és intervallumok

A számfogalom kialakulásának kezdete az ősidőkre tehető, s ahogy fejlődött az emberek gondolkodása, úgy bővültek a számokkal kapcsolatos ismeretek is. Ebben a videóban megismerkedhetsz a számhalmazokkal, azok tulajdonságaival, illetve ábrázolási módjával.
Az elsőként megismert számok a természetes számok voltak. Természetes szám a nulla és minden pozitív egész szám. A természetes számok halmazának jele N. Tapasztalhatod, hogy ha két természetes számot összeadsz vagy összeszorzol, az eredmény nem vezet ki a számhalmazból. Igaz az is, hogy összeadásnál a tagok, szorzásnál a tényezők sorrendje felcserélhető. Azt mondjuk, hogy az összeadás és a szorzás kommutatív művelet. Igaz továbbá az is, hogy ez a két művelet asszociatív, vagyis a tagok, illetve a tényezők tetszőlegesen csoportosíthatók.
A két műveletre együtt jellemző a széttagolhatóság vagy más néven disztributivitás.
Az egész számok halmaza tartalmazza a természetes számokat, valamint a negatív egészeket is. Jele: Z. Megjelenik egy újabb művelet, amely nem vezet ki ebből a számhalmazból, a kivonás. A kivonás nem kommutatív és nem is asszociatív művelet.
Tudjuk, hogy egész számból és természetes számból is végtelen sok van, és az egész számoknak részhalmaza a természetes számok halmaza. De vajon melyik számossága a nagyobb?
Belátható, hogy a természetes számok és az egész számok halmazának számossága egyenlő. Ezt nevezzük megszámlálhatóan végtelen számosságnak.
Ezzel a tulajdonsággal rendelkezik még egy további számhalmaz is, a racionális számok halmaza. Jele a Q, és azok a számok tartoznak ide, melyek felírhatók két egész szám hányadosaként. Ebben a halmazban az osztás is elvégezhető úgy, hogy az eredmény a számhalmazban marad.
Vajon melyek azok a tizedes törtek, amelyek racionális számokat adnak meg? Nem nehéz belátni, hogy a véges, illetve a végtelen szakaszos tizedes törtek racionálisak, azaz felírhatók két egész szám hányadosaként.
Vannak azonban olyan tizedes törtek, melyeket nem tudunk tört alakban felírni. Ezek a végtelen nem szakaszos tizedes törtek. Ők az irracionális számok. Ilyen szám például a $\sqrt 2 $ vagy a$\pi $. (ejtsd: négyzetgyök kettő vagy a pí) Irracionális számot kapunk akkor is, ha nulla egész után elkezdjük felsorolni a természetes számokat, ugyanis ez a szám egy végtelen nem szakaszos tizedes tört. Az irracionális számhalmaz jele a ${Q^*}$. (ejtsd: kú-csillag)
A racionális és az irracionális számok halmazának uniója a valós számok halmaza. Tanulmányaidban ez a legbővebb számhalmaz.
Megismertük a számhalmazokat, most nézzük meg, milyen kapcsolat van közöttük! Szemléltessük Venn-diagrammal! Már említettük, hogy a természetes, az egész és a racionális számok számossága megszámlálhatóan végtelen, ezzel szemben a valós számok és az irracionális számok megszámlálhatatlanul végtelen számosságúak. Úgy is mondjuk, hogy kontinuum számosságúak.
A különböző számokat, számhalmazokat vagy azok egy részét számegyenesen is tudjuk ábrázolni. Nézzük meg, hogyan! A természetes, egész és racionális számokat nem nehéz megkeresni a számegyenesen.
Mi a helyzet az irracionális számokkal? Találjuk meg például a $\sqrt 2 $ helyét! (ejtsd: négyzetgyök kettő) Egy egységnyi oldalú négyzetet hívunk segítségül, mert ennek átlója éppen $\sqrt 2 $. (ejtsd: négyzetgyök kettő). Ezt a szakaszt a számegyenesre mérve a $\sqrt 2 $-höz jutunk. Belátható az is, hogy a valós számok kitöltik a számegyenes összes helyét.
A számegyeneshez szorosan kapcsolódik a nyílt és zárt intervallum fogalma. A $\left] { - 4,3} \right[$ nyílt intervallum jelenti az összes olyan valós számot, amelyek nagyobbak mínusz négynél és kisebbek háromnál. A $\left[ { - 4,3} \right]$ zárt intervallum jelenti az összes olyan valós számot, amelyek nagyobbak vagy egyenlők, mint mínusz négy és kisebbek vagy egyenlők, mint három. Léteznek egyik oldalról nyílt, a másik oldalról zárt intervallumok is.
Ábrázoljuk ezeket az intervallumokat számegyenesen! x most valós szám. x nagyobb vagy egyenlő, mint három. x kisebb vagy egyenlő, mint mínusz négy. −4 és 3 mindkét irányból nyílt intervallum, ekkor az intervallum végpontjai nem tartoznak a halmazhoz. −4 és 3 mindkét irányból zárt intervallum, ekkor az intervallum végpontjai is benne vannak a halmazban.
Az intervallumokkal ugyanúgy végezhetünk műveleteket, mint más halmazokkal. Vehetjük ezek unióját, metszetét.