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【数学I】例題2.1.6:集合の包含関係・相等の証明(One More)★★★★

【数学I】例題2.1.6:集合の包含関係・相等の証明(One More)
【数学I】例題2.1.6:集合の包含関係・相等の証明の例題ページ
問題の解答

【数学I】問題2.1.6:集合の包含関係・相等の証明の解答
検索用コード(LaTeX)
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% 例題I2.1.6:集合の包含関係・相等の証明(One More)★★★★
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$\mathbb{Z}$を整数全体の集合とするとき,次のことを証明せよ.

(1) $A=\{6x+1\mid x\in\mathbb{Z}\},B=\{3x+1\mid x\in\mathbb{Z}\}$であるとき,$A\subset B$かつ$A\neq B$

(2) $A=\{4x-3y\mid x\in\mathbb{Z},y\in\mathbb{Z}\},B=\{5x+2y\mid x\in\mathbb{Z},y\in\mathbb{Z}\}$であるとき,$A=B$

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% 例題I2.1.6の解答(One More)★★★★
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(1) $\alpha\in A$とすると,$\alpha=6x+1$ $(x\in\mathbb{Z})$と表すことができる.

このとき,$\alpha=3\times 2x+1$と表されるので,$2x=y$とおくと,$\alpha=3y+1(y\in\mathbb{Z})$

したがって,$\alpha\in B$

よって,$\alpha\in A$ならば,$\alpha\in B$が成り立つから,$A\subset B$

また,$4\in B$であるが$4\notin A$であることから,$A\neq B\blacksquare$

(2)

(i) $\alpha\in A$とすると,$\alpha=4x-3y(x\in\mathbb{Z},y\in\mathbb{Z})$と表すことができる.

$4=5\times 0+2\times 2,3=5\times 1+2\times(-1)$より,

\[
\alpha=(5\times 0+2\times 2)x-\{5\times 1+2\times(-1)\}y=5\times(-y)+2(2x+y)
\]

$x\in\mathbb{Z},y\in\mathbb{Z}$より,$-y\in\mathbb{Z},2x+y\in\mathbb{Z}$であるから,$\alpha\in B$

したがって,$A\subset B$が成り立つ.

(ii) $\beta\in B$とすると,$\beta=5x+2y(x\in\mathbb{Z},y\in\mathbb{Z})$と表すことができる.

$5=4\times 2+3\times(-1),2=4\times(-1)+3\times 2$より,

\[
\beta=\{4\times 2+3\times(-1)\}x+\{4\times(-1)+3\times 2\}y=4(2x-y)-3(x-2y)
\]

$x\in\mathbb{Z},y\in\mathbb{Z}$より,$2x-y\in\mathbb{Z},x-2y\in\mathbb{Z}$であるから,$\beta\in A$

したがって,$B\subset A$が成り立つ.

よって,(i),(ii)より,$A\subset B$かつ$B\subset A$であるから,$A=B$が成り立つ.$\blacksquare$

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% 問題I2.1.6:集合の包含関係・相等の証明(One More)★★★★
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$\mathbb{Z}$を整数全体の集合とするとき,次のことを証明せよ.

(1) $A=\{6x+5\mid x\in\mathbb{Z}\},B=\{3x-1\mid x\in\mathbb{Z}\}$であるとき,$A\subset B$

(2) $A=\{5x+2y\mid x\in\mathbb{Z},y\in\mathbb{Z}\},B=\{4x+3y\mid x\in\mathbb{Z},y\in\mathbb{Z}\}$であるとき,$A=B$

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% 問題I2.1.6の解答(One More)★★★★
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(1) $\alpha\in A$とすると,$\alpha=6x+5$ $(x\in\mathbb{Z})$と表すことができる.

このとき,$\alpha=6(x+1)-1=3\cdot 2(x+1)-1$

$2(x+1)=y$とおくと,$\alpha=3y-1(y\in\mathbb{Z})$

したがって,$\alpha\in B$

よって,$\alpha\in A$ならば$\alpha\in B$が成り立つから,$A\subset B\blacksquare$

(2)

(i) $\alpha\in A$とすると,$\alpha=5x+2y(x\in\mathbb{Z},y\in\mathbb{Z})$と表すことができる.

$5=4\times 2+3\times(-1),2=4\times(-1)+3\times 2$より,

\[
\alpha=\{4\times 2+3\times(-1)\}x+\{4\times(-1)+3\times 2\}y=4(2x-y)+3(-x+2y)
\]

$x\in\mathbb{Z},y\in\mathbb{Z}$より,$2x-y\in\mathbb{Z},-x+2y\in\mathbb{Z}$であるから,$\alpha\in B$

したがって,$A\subset B$が成り立つ.

(ii) $\beta\in B$とすると,$\beta=4x+3y(x\in\mathbb{Z},y\in\mathbb{Z})$と表すことができる.

$4=5\times 0+2\times 2,3=5\times 1+2\times(-1)$より,

\[
\beta=\{5\times 0+2\times 2\}x+\{5\times 1+2\times(-1)\}y=5y+2(2x-y)
\]

$x\in\mathbb{Z},y\in\mathbb{Z}$より,$2x-y\in\mathbb{Z}$であるから,$\beta\in A$

したがって,$B\subset A$が成り立つ.よって,(i),(ii)より,$A\subset B$かつ$B\subset A$であるから,$A=B$が成り立つ.$\blacksquare$

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