Dimostrare una proprietà distributiva degli insiemi

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Dimostrare una proprietà distributiva degli insiemi #100816

avt
xxautod
Punto
Buongiorno

come si potrebbe dimostrare in modo logicamente corretto e rigoroso la proprietà distributiva dell'intersezione rispetto all'unione di insiemi?

A ∩ (B U C) = (A ∩ B) U (A ∩ C)

Grazie e saluti
 
 

Re: Dimostrare una proprietà distributiva degli insiemi #100817

avt
Ifrit
Amministratore
Ciao xxautod,

prima di dimostrare la proprietà distributiva dell'unione rispetto all'intersezione riportiamo alcune definizioni.

Siano A,B due insiemi. Si definisce intersezione tra A e B l'insieme composto da tutti e soli gli elementi che appartengono sia ad A sia a B

A ∩ B = x : x∈ A ∧ x∈ B

dove ∧ è il connettivo logico et.

Si definisce unione tra A e B l'insieme formato da tutti gli elementi che appartengono ad A oppure a B.

A U B = x : x∈ A ∨ x∈ B

dove ∨ è il connettivo logico oppure.

Infine ricordiamo che due insiemi A,B sono uguali se e solo se il primo è contenuto nel secondo e viceversa:

A = B ⇔ A ⊆ B ∧ B ⊆ A


Proprietà distributiva dell'unione rispetto all'intersezione

Dati tre insiemi A,B e C, allora sussiste la seguente uguaglianza insiemistica

A ∩ (B U C) = (A ∩ B) U (A ∩ C)

Dimostrazione

Per dimostrare che l'insieme A ∩ (B U C) sia uguale all'insieme (A ∩ B) U (A ∩ C) occorre verificare che ogni elemento del primo insieme sia anche un elemento del secondo, e viceversa.

In termini più espliciti, mostreremo che:

x∈ A ∩ (B U C) ⇔ x∈ (A ∩ B) U (A ∩ C)

Sia x∈ A ∩ (B U C). La definizione di intersezione ci permette di scrivere quanto segue:

x∈ A ∧ x∈ B U C

che, in forza della definizione di unione tra insieme, diventa

x∈ A ∧ (x∈ B ∨ x∈ C)

La proprietà distributiva del connettivo ∧ rispetto a ∨ garantisce che la precedente proposizione si può rielaborare nel modo seguente:

(x∈ A ∧ x∈ B) (A ∩ B) ∨ (x∈ A ∧ x∈ C) (A ∩ C) ((A ∩ B) U (A ∩ C))

Da x∈ A ∧ x∈ B segue che x∈ A ∩ B, mentre da x∈ A ∧ x∈ B segue che x∈ A ∩ C, di conseguenza

x∈ (A ∩ B) U (A ∩ C)

Questo dimostra che ogni elemento di A ∩ (B U C) è anche un elemento di (A ∩ B) U (A ∩ C), ossia A ∩ (B U C) è un sottoinsieme di (A ∩ B) U (A ∩ C).

A ∩ (B U C) ⊆ (A ∩ B) U (A ∩ C)

Per dimostrare che

(A ∩ B) U (A ∩ C) ⊆ A ∩ (B U C)

consideriamo un elemento di (A ∩ B) U (A ∩ C)

x∈ (A ∩ B) U (A ∩ C)

e avvaliamoci delle definizioni di intersezione e di unione, grazie alle quali ricaviamo:

 x∈ (A ∩ B) ∨ x∈ (A ∩ C) ; ossia ; (x∈ A ∧ x∈ B) ∨ (x∈ A ∧ x∈ C)

Usando ancora le proprietà dei connettivi logici, la proposizione si tramuta in:

x∈ A ∧ (x∈ B ∨ x∈ C) (B U C) (A ∩ (B U C))

Da questa segue che x∈ A ∩ (B U C) per cui

(A ∩ B) U (A ∩ C) ⊆ A ∩ (B U C)

e dunque

A ∩ (B U C) = (A ∩ B) U (A ∩ C)


Osservazione

I più smaliziati avranno notato che la seconda parte della dimostrazione è praticamente la prima letta dalla fine all'inizio. Non è un caso! Tutte le implicazioni della prima dimostrazione sono in realtà un "se e solo se".
Ringraziano: xxautod
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Os