۱۰۰ هزار تومان هدیهٔ ثبت‌نام، تا ۱ میلیونبا ثبت‌نام گردونهٔ هدیه را بچرخان: دست‌کم ۱۰۰٬۰۰۰ تومان و تا ۱٬۰۰۰٬۰۰۰ تومان اعتبار هدیه، بدون کارت بانکیگردونهٔ هدیه۱ میلیون برای تو، ۱ میلیون برای دوستتدوستانت را دعوت کن: برای هر دوستی که فعال شود ۱٬۰۰۰٬۰۰۰ تومان اعتبار هدیه می‌گیری و خودش هم ۱٬۰۰۰٬۰۰۰ تومانجوایز
1xAi
ریاضی نهم · فصل ۱

خلاصه درس فصل ۱ ریاضی نهم؛ درسنامه و نکات مهم

«مجموعه‌ها»، فصل ۱ کتاب ریاضی نهم، صفحهٔ ۱ تا ۱۷، پایهٔ نهم: ۶ درس، هر کدام با توضیح مفاهیم، مثال حل‌شده و نکات مهم.

این درسنامه را هوش مصنوعی 1xAi از روی صفحه‌های همان درس در کتاب درسی نوشته است (برچسب «تولید هوش مصنوعی»). کنار توضیح‌ها شمارهٔ صفحهٔ کتاب آمده تا با کتاب مقایسه کنی، و مثال حل‌شدهٔ هر درس یک بار دیگر جداگانه حل و بررسی شده؛ مثالی که درست درنیامده حذف شده است.

نمونه سوال این فصل با جواب

درس ۱ · صفحهٔ ۱ تا ۶ · حدود ۱۵ دقیقه · تولید هوش مصنوعی

درس اوّل: معرفی مجموعه

در این درس یاد می‌گیری مجموعهٔ معین را تشخیص بدهی، اعضایش را بنویسی و بشماری و آن را با نمادهای عضویت، نمودار ون و نمایش مجموعهٔ تهی توصیف کنی.

پیش از شروع

به دو نفر می‌گوییم «سه شمارندهٔ زوجِ عدد 6060 را بنویسید». یکی {4,6,10}\{4,6,10\} و دیگری {6,10,12}\{6,10,12\} می‌نویسد. آیا ممکن است هر دو درست گفته باشند، ولی درخواست ما یک مجموعهٔ معین را مشخص نکرده باشد؟

بله؛ هر دو انتخاب، شرط گفته‌شده را دارند، اما اعضای انتخاب‌شده یکسان نیستند. برای مشخص‌کردن یک مجموعه، باید دقیقاً معلوم باشد چه چیزهایی عضو آن هستند؛ مثلاً «همهٔ شمارنده‌های زوجِ عدد 6060» اعضای معینی دارد.

اعضای کاملاً مشخص

در گفت‌وگوی روزمره، «چند کتاب خوب» عبارت قابل‌فهمی است؛ اما ممکن است تو و دوستت کتاب‌های متفاوتی انتخاب کنید. در ریاضی، برای مشخص‌کردن یک مجموعه باید بتوانیم دربارهٔ هر چیز تصمیم بگیریم: عضو هست یا نیست؟ این تصمیم نباید به سلیقه یا انتخاب دلخواه وابسته باشد.

مثلاً «شمارنده‌های اوّلِ عدد 6060» دقیق است: فقط 22، 33 و 55 این شرط را دارند. ولی «دو شمارندهٔ اوّلِ عدد 6060» کافی نیست؛ چون می‌توان دو عضو متفاوت از میان آن‌ها انتخاب کرد. پس مشکل این نیست که پاسخ وجود ندارد؛ مشکل این است که پاسخ یکتا نیست.

کتاب درسی، صفحهٔ ۲

نوشتن و شمردن اعضا

وقتی اعضای یک مجموعه معلوم شدند، آن‌ها را داخل آکولاد می‌نویسیم و معمولاً نامی مانند AA برای مجموعه می‌گذاریم. مثلاً شمارنده‌های اوّلِ عدد 6060 را به شکل A={2,3,5}A=\{2,3,5\} نمایش می‌دهیم. هرکدام از این عددها یک عضو است؛ بنابراین این مجموعه سه عضو دارد.

در مجموعه، مهم این است که چه اعضایی حضور دارند، نه اینکه کدام را زودتر نوشته‌ایم. نوشتن {5,2,3}\{5,2,3\} همان اعضا را نشان می‌دهد. همچنین تکرار، عضو تازه‌ای نمی‌سازد: در {2,2,3,5}\{2,2,3,5\} هنوز فقط سه عضو متمایز داریم. هنگام شمردن اعضا، هر عضو را فقط یک بار حساب کن؛ درست مانند فهرست نام‌های متفاوت، نه تعداد دفعات نوشته‌شدن نام‌ها.

کتاب درسی، صفحهٔ ۲

عضویت و نمودار ون

برای گفتن اینکه چیزی عضو یک مجموعه است، از نماد ∈\in استفاده می‌کنیم. اگر A={1,2,3,4}A=\{1,2,3,4\} باشد، می‌نویسیم 3∈A3\in A؛ یعنی سه عضو این مجموعه است. برای عضو نبودن، نماد ∉\notin را داریم؛ مثلاً 7∉A7\notin A.

راه تصویری نمایش مجموعه، نمودار ون است: یک منحنی بسته می‌کشیم، نام مجموعه را کنار آن می‌گذاریم و اعضا را داخلش می‌نویسیم. لازم نیست منحنی حتماً دایره باشد؛ بسته‌بودنش مهم است. اگر دو مجموعه عضو مشترک داشته باشند، می‌توان منحنی‌ها را هم‌پوشان کشید. مثلاً برای A={1,2,3}A=\{1,2,3\} و B={3,4}B=\{3,4\}، عدد 33 در بخش مشترک دو منحنی قرار می‌گیرد، چون عضو هر دو مجموعه است.

کتاب درسی، صفحهٔ ۳

مجموعهٔ بدون عضو

گاهی شرط یک مجموعه کاملاً روشن است، اما هیچ چیزی آن شرط را ندارد. مثلاً هیچ عدد طبیعی‌ای بزرگ‌تر از 44 و کوچک‌تر از 55 نیست. این عبارت یک مجموعهٔ معین را مشخص می‌کند، ولی مجموعه هیچ عضوی ندارد؛ به آن مجموعهٔ تهی می‌گوییم و با ∅\varnothing یا { }\{\ \} نمایش می‌دهیم.

تهی‌بودن را با داشتن عضوِ صفر اشتباه نگیر. مجموعهٔ {0}\{0\} یک عضو دارد: خودِ عدد صفر. مجموعهٔ {∅}\{\varnothing\} هم یک عضو دارد: یک مجموعهٔ تهی که داخل آکولاد قرار گرفته است. برای تشخیص تعداد اعضا، به چیزهایی نگاه کن که داخل آکولاد قرار دارند؛ «هیچ عضو نداشتن» با «یک عضوِ خاص داشتن» فرق دارد.

کتاب درسی، صفحهٔ ۴

مثال حل‌شده

شمارنده‌های طبیعی عدد 1818 را بررسی کن. مجموعهٔ شمارنده‌های اوّل را AA، شمارنده‌های مرکب را BB و شمارنده‌هایی را که نه اوّل‌اند و نه مرکب، CC بنام. اعضا و تعداد اعضای هر مجموعه را بنویس و عضویت 33 در AA و 11 در BB را با نماد نشان بده.

  1. با جفت‌های ضربی 1×181\times18، 2×92\times9 و 3×63\times6، همهٔ شمارنده‌ها را پیدا می‌کنیم: {1,2,3,6,9,18}\{1,2,3,6,9,18\}.

  2. عددهای اوّل فقط دو شمارندهٔ طبیعی دارند؛ بنابراین A={2,3}A=\{2,3\} و تعداد اعضای آن دو است.

  3. عددهای مرکب بیش از دو شمارندهٔ طبیعی دارند؛ بنابراین B={6,9,18}B=\{6,9,18\} و تعداد اعضای آن سه است.

  4. عدد 11 نه اوّل است و نه مرکب؛ پس C={1}C=\{1\} یک عضو دارد و تهی نیست.

  5. عدد 33 در فهرست اعضای AA هست، پس 3∈A3\in A؛ عدد 11 در فهرست اعضای BB نیست، پس 1∉B1\notin B.

جواب: A={2,3}A=\{2,3\} دو عضو دارد، B={6,9,18}B=\{6,9,18\} سه عضو دارد و C={1}C=\{1\} یک عضو دارد؛ همچنین 3∈A3\in A و 1∉B1\notin B.

نکات مهم

  • برای مشخص‌کردن یک مجموعه، باید عضوبودن یا نبودن هر چیز کاملاً معین باشد.
  • اعضا را داخل آکولاد می‌نویسیم و جابه‌جایی یا تکرار آن‌ها مجموعهٔ تازه‌ای نمی‌سازد.
  • نمادهای ∈\in و ∉\notin عضویت و عدم عضویت را نشان می‌دهند و ∅\varnothing مجموعه‌ای بدون عضو است.

تمرین تعاملی این درس (رایگان)تمرین تعاملی این درس

درس ۲ · صفحهٔ ۶ تا ۷ · حدود ۱۰ دقیقه · تولید هوش مصنوعی

درس دوم: مجموعه‌های برابر و نمایش مجموعه‌ها

در این درس یاد می‌گیری برابری یا نابرابری دو مجموعه را با مقایسهٔ عضوهایشان تشخیص بدهی و جای خالی مجموعه‌های برابر را کامل کنی.

پیش از شروع

دو نفر فهرست عددهایشان را نشان می‌دهند: یکی {2,4,6}\{2,4,6\} و دیگری {6,2,4}\{6,2,4\}. آیا جابه‌جا شدن عددها باعث شده دو مجموعهٔ متفاوت داشته باشند؟

نه؛ در مجموعه مهم است چه عضوهایی داریم، نه اینکه آن‌ها را به چه ترتیبی نوشته‌ایم. هر دو نفر دقیقاً همان عضوها را دارند، پس مجموعه‌هایشان برابر است.

برابری یعنی عضوهای یکسان

برای مقایسهٔ دو مجموعه، به خودِ عضوها نگاه کن، نه جای آن‌ها در نوشته. دو مجموعه وقتی برابرند که هر عضو مجموعهٔ اول در مجموعهٔ دوم باشد و هر عضو مجموعهٔ دوم هم در مجموعهٔ اول پیدا شود. این بررسی دوطرفه مهم است؛ نباید فقط یکی از مجموعه‌ها را بررسی کنی.

مثلاً دو کیف را در نظر بگیر که هر کدام یک مداد، یک پاک‌کن و یک تراش دارند. جابه‌جا چیدن این وسایل، فهرست وسایل کیف‌ها را تغییر نمی‌دهد. در مجموعه‌ها هم ترتیب نوشتن عضوها اثری بر برابری ندارد.

برابری دو مجموعه را با نماد A=BA=B می‌نویسیم. یک راه مطمئن این است که عضوهای AA را یکی‌یکی در BB پیدا کنی و بعد مسیر را برعکس بروی. اگر در هیچ‌کدام عضوی اضافه نماند، دو مجموعه برابرند. در این حالت تعداد عضوهایشان هم برابر است؛ اما آیا فقط شمردن عضوها همیشه کافی است؟ در کارت بعد این نکته را بررسی می‌کنیم.

کتاب درسی، صفحهٔ ۶

یک تفاوت کافی است

اگر فقط یک عضو پیدا کنی که در یکی از دو مجموعه باشد و در دیگری نباشد، همین برای رد کردن برابری کافی است. نابرابری را با نماد A≠BA\neq B نشان می‌دهیم. لازم نیست همهٔ عضوها متفاوت باشند؛ ممکن است بیشتر عضوها مشترک باشند و تنها یک تفاوت، دو مجموعه را نابرابر کند.

پس هم‌تعداد بودن با برابر بودن فرق دارد. دو کیف ممکن است هر کدام سه وسیله داشته باشند، ولی یکی مداد و دیگری خودکار داشته باشد. دربارهٔ مجموعه‌ها هم باید بپرسی «کدام عضوها؟»، نه فقط «چند عضو؟».

هنگام مقایسهٔ عضوهای عددی، به مقدار عدد توجه کن. یک عدد می‌تواند به شکل کسر، اعشار یا عبارت رادیکالی نوشته شود. پیش از تصمیم‌گیری، عبارت‌ها را ساده کن تا تفاوتِ ظاهر را با تفاوتِ مقدار اشتباه نگیری. در سؤال‌های جای خالی هم ابتدا عضوهای هم‌مقدار را پیدا کن؛ سپس ببین هر طرف چه عضوی کم دارد. این روش کمک می‌کند چیزی از قلم نیفتد.

کتاب درسی، صفحهٔ ۶

مثال حل‌شده

مقدارهای xx و yy را طوری پیدا کن که دو مجموعه برابر شوند: {36,32,x,82}={1.5,4,−2,y}\{\sqrt{36},\frac{3}{2},x,\frac{8}{2}\}=\{1.5,4,-2,y\}.

  1. ابتدا مقدار عبارت‌ها را مشخص می‌کنیم: 36=6\sqrt{36}=6، 32=1.5\frac{3}{2}=1.5 و 82=4\frac{8}{2}=4.

  2. اکنون برابری به شکل {6,1.5,x,4}={1.5,4,−2,y}\{6,1.5,x,4\}=\{1.5,4,-2,y\} درمی‌آید. عضوهای 1.51.5 و 44 در هر دو طرف هستند.

  3. عضو −2-2 در سمت راست هست؛ برای اینکه در سمت چپ هم باشد، باید x=−2x=-2 قرار دهیم.

  4. عضو 66 در سمت چپ هست؛ برای اینکه در سمت راست هم باشد، باید y=6y=6 قرار دهیم.

  5. با جای‌گذاری، هر دو طرف دقیقاً عضوهای −2-2، 1.51.5، 44 و 66 را دارند؛ پس برابری برقرار است.

جواب: x=−2x=-2 و y=6y=6؛ پس هر دو طرف برابر با مجموعهٔ {−2,32,4,6}\{-2,\frac{3}{2},4,6\} هستند.

نکات مهم

  • دو مجموعه زمانی برابرند که هر عضو هر کدام، در دیگری هم باشد.
  • ترتیب نوشتن عضوها مهم نیست و برابر بودن تعداد عضوها به‌تنهایی کافی نیست.
  • برای مقایسهٔ عضوهای عددی، ابتدا مقدار عبارت‌ها را مشخص کن و سپس دنبال عضو متفاوت بگرد.

تمرین تعاملی این درس (رایگان)تمرین تعاملی این درس

درس ۳ · صفحهٔ ۷ تا ۸ · حدود ۱۰ دقیقه · تولید هوش مصنوعی

زیرمجموعه

در این درس یاد می‌گیری … زیرمجموعه بودن را تشخیص بدهی، آن را از عضو بودن جدا کنی و همهٔ زیرمجموعه‌های یک مجموعهٔ کوچک را منظم بنویسی.

پیش از شروع

آیا یک مجموعه می‌تواند زیرمجموعهٔ خودش باشد؟ مجموعه‌ای که هیچ عضوی ندارد چطور؛ آیا آن هم می‌تواند زیرمجموعهٔ مجموعه‌های دیگر باشد؟

پاسخ هر دو پرسش مثبت است! برای زیرمجموعه بودن فقط باید همهٔ عضوهای مجموعهٔ اول در مجموعهٔ دوم باشند؛ نه لازم است کوچک‌تر باشد و نه لازم است حتماً عضوی داشته باشد.

همهٔ عضوها باید جا بگیرند

فرض کن مجموعهٔ وسایل داخل کیف تو را DD و مجموعهٔ مدادهای داخل همان کیف را BB بنامیم. هر چیزی که در BB است، در DD هم هست؛ پس می‌نویسیم B⊆DB\subseteq D و می‌خوانیم «BB زیرمجموعهٔ DD است».

آزمون اصلی این است: آیا تک‌تک عضوهای مجموعهٔ سمت چپ در مجموعهٔ سمت راست هستند؟ داشتن چند عضو مشترک کافی نیست. در نمودار ون، وقتی منحنی یک مجموعه کاملاً داخل منحنی مجموعهٔ دیگر باشد، همهٔ عضوهای مجموعهٔ داخلی در مجموعهٔ بیرونی هم هستند.

لازم نیست زیرمجموعه حتماً عضوهای کمتری داشته باشد. هر مجموعه زیرمجموعهٔ خودش است؛ چون هر عضوش را در خودش پیدا می‌کنیم: A⊆AA\subseteq A.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷

یک شاهد برای رد کردن

برای نشان‌دادن اینکه BB زیرمجموعهٔ AA نیست، لازم نیست همهٔ عضوها را بررسی و گزارش کنی. یک عضو از BB که در AA نباشد کافی است. آن عضو، شاهد رد رابطه است و می‌نویسیم B⊈AB\not\subseteq A.

مثلاً در نموداری که AA داخل BB است، اگر عضوی در بخش بیرونی AA و داخل BB ببینی، می‌توانی بگویی BB زیرمجموعهٔ AA نیست. پس جهت رابطه مهم است.

حالا مجموعهٔ تهی را در نظر بگیر: هیچ عضوی ندارد که بخواهد بیرون از AA باشد! بنابراین هیچ شاهدی برای رد رابطه پیدا نمی‌شود و همیشه ∅⊆A\varnothing\subseteq A درست است. تهی‌بودن مانع زیرمجموعه بودن نیست.

کتاب درسی، صفحهٔ ۷

عضو یا زیرمجموعه؟

در کار در کلاس باید حواست به تفاوت عضو بودن و زیرمجموعه بودن باشد. نماد ∈\in برای عضو بودن است؛ نماد ⊆\subseteq برای مقایسهٔ دو مجموعه از نظر زیرمجموعه بودن به کار می‌رود.

اگر A={1,3,6,4}A=\{1,3,6,4\} باشد، عبارت 3∈A3\in A درست است؛ چون عدد 33 یکی از عضوهای نوشته‌شده است. همچنین {1,4}⊆A\{1,4\}\subseteq A درست است؛ چون هر دو عضو مجموعهٔ سمت چپ در AA هستند. اما {1,4}∈A\{1,4\}\in A نادرست است: عضوهای این AA عدد هستند، نه مجموعهٔ {1,4}\{1,4\}.

پیش از داوری، به سمت چپ نماد نگاه کن. در این تمرین، عدد تنها را با نماد عضویت بررسی کن و مجموعهٔ داخل آکولاد را با آزمون زیرمجموعه بودن.

کتاب درسی، صفحهٔ ۸

فهرست‌کردن بدون جا انداختن

برای نوشتن همهٔ زیرمجموعه‌ها، منظم پیش برو تا چیزی جا نماند. ابتدا مجموعهٔ تهی، سپس زیرمجموعه‌های تک‌عضوی، بعد دو‌عضوی و همین‌طور تا خود مجموعه را بنویس. هر بار فقط از عضوهای مجموعهٔ اصلی انتخاب می‌کنیم؛ عضو تازه‌ای اضافه نمی‌کنیم.

برای مجموعهٔ {a,b,c}\{a,b,c\}، پس از تهی، سه زیرمجموعهٔ تک‌عضوی و سه زیرمجموعهٔ دو‌عضوی داریم و در پایان خود مجموعه را می‌نویسیم. یادت باشد {a,b}\{a,b\} و {b,a}\{b,a\} یک مجموعه‌اند، نه دو زیرمجموعهٔ متفاوت.

اگر مجموعه با توضیح داده شده، اول عضوهایش را مشخص کن. مثلاً برای «عددهای طبیعی بین دو عدد»، ابتدا عددهای واقعاً بین آن دو را پیدا کن؛ سپس زیرمجموعه‌ها را بنویس.

کتاب درسی، صفحهٔ ۸

مثال حل‌شده

مجموعهٔ عددهای طبیعی بین 99 و 1212 را AA بنام. همهٔ زیرمجموعه‌های آن را بنویس و درستی یا نادرستی {10}⊆A\{10\}\subseteq A و {9}⊆A\{9\}\subseteq A را با دلیل مشخص کن.

  1. عددهای طبیعی بین دو عدد داده‌شده، 1010 و 1111 هستند؛ پس A={10,11}A=\{10,11\}.

  2. از انتخاب نکردن هیچ عضو شروع می‌کنیم: ∅\varnothing.

  3. با انتخاب یک عضو، زیرمجموعه‌های {10}\{10\} و {11}\{11\} به دست می‌آیند.

  4. با انتخاب هر دو عضو، خود مجموعه یعنی {10,11}\{10,11\} به دست می‌آید؛ فهرست کامل شد.

  5. رابطهٔ {10}⊆A\{10\}\subseteq A درست است؛ چون تنها عضو سمت چپ در AA هست.

  6. رابطهٔ {9}⊆A\{9\}\subseteq A نادرست است؛ چون 9∉A9\notin A و همین عضو شاهد رد رابطه است.

جواب: همهٔ زیرمجموعه‌های AA عبارت‌اند از ∅,{10},{11},{10,11}\varnothing,\{10\},\{11\},\{10,11\}؛ رابطهٔ {10}⊆A\{10\}\subseteq A درست و رابطهٔ {9}⊆A\{9\}\subseteq A نادرست است.

نکات مهم

  • رابطهٔ B⊆AB\subseteq A زمانی درست است که هر عضو BB در AA هم باشد؛ یک عضو خلاف آن برای رد رابطه کافی است.
  • هر مجموعه زیرمجموعهٔ خودش است و مجموعهٔ تهی زیرمجموعهٔ هر مجموعه است.
  • نماد ∈\in برای عضویت و نماد ⊆\subseteq برای زیرمجموعه بودن است؛ زیرمجموعه‌ها را از تهی تا خود مجموعه منظم فهرست کن.

تمرین تعاملی این درس (رایگان)تمرین تعاملی این درس

درس ۴ · صفحهٔ ۸ تا ۱۱ · حدود ۱۵ دقیقه · تولید هوش مصنوعی

نمایش مجموعه‌های اعداد

در این درس یاد می‌گیری مجموعه‌های عددی را بشناسی، نمایش نمادی آن‌ها را بخوانی و میان قانون یک مجموعه و عضوهای آن ارتباط برقرار کنی.

پیش از شروع

چطور می‌توان همهٔ عددهای طبیعیِ زوج را، بدون نوشتن فهرستی بی‌پایان، در یک عبارت کوتاه جا داد؟

به‌جای نوشتن تک‌تک عضوها، می‌توان قانون ساختن آن‌ها را نوشت. عبارت {2k∣k∈N}\{2k\mid k\in\mathbb{N}\} می‌گوید هر عدد طبیعی را دو برابر کن؛ به این ترتیب همهٔ عددهای طبیعیِ زوج ساخته می‌شوند.

عددهای شمارش

برای شمردن کتاب‌های یک قفسه از یک، دو، سه و همین‌طور عددهای بعدی استفاده می‌کنیم. این عددها مجموعهٔ عددهای طبیعی را می‌سازند و نماد آن‌ها N\mathbb{N} است:

N={1,2,3,4,5,…}\mathbb{N}=\{1,2,3,4,5,\ldots\}

سه‌نقطه یعنی فهرست با همین الگو ادامه دارد و تمام نمی‌شود. در قرارداد این کتاب، صفر عضو مجموعهٔ عددهای طبیعی نیست؛ این نکته را از همین ابتدا به خاطر بسپار.

وقتی می‌نویسیم x∈Nx\in\mathbb{N}، منظورمان این است که xx یکی از عددهای همین مجموعه است. پس پیش از انتخاب مقدار برای یک حرف، باید ببینیم آن حرف اجازه دارد از کدام مجموعه انتخاب شود.

کتاب درسی، صفحهٔ ۸

از فهرست به قانون

برای معرفی یک مجموعه، همیشه لازم نیست عضوهایش را ردیف کنیم؛ می‌توانیم قانون عضویت بدهیم. مثلاً مجموعهٔ عددهای طبیعیِ زوج چنین نوشته می‌شود:

E={2k∣k∈N}E=\{2k\mid k\in\mathbb{N}\}

بخشِ پیش از خط عمودی، شکل عددها را نشان می‌دهد و بخشِ پس از آن می‌گوید kk از کجا انتخاب می‌شود. برای عددهای طبیعیِ فرد نیز می‌نویسیم {2k−1∣k∈N}\{2k-1\mid k\in\mathbb{N}\}.

گاهی به‌جای قانون ساختن، شرط انتخاب داریم؛ مثلاً {x∈N∣6<x<11}\{x\in\mathbb{N}\mid 6<x<11\} فقط طبیعی‌های بزرگ‌تر از 66 و کوچک‌تر از 1111 را می‌خواهد. علامت << سرِ مرز را نمی‌پذیرد، اما ≤\le آن را می‌پذیرد. پس هم مجموعهٔ مجاز و هم شرط را بخوان.

کتاب درسی، صفحهٔ ۹

از طبیعی تا صحیح

اگر روی قفسه هیچ کتابی نباشد، برای بیان تعداد کتاب‌ها به صفر نیاز داریم. با افزودن صفر به طبیعی‌ها، مجموعهٔ عددهای حسابی ساخته می‌شود:

W={0,1,2,3,…}W=\{0,1,2,3,\ldots\}

این مجموعه را می‌توان به شکل W={k−1∣k∈N}W=\{k-1\mid k\in\mathbb{N}\} هم نوشت. برای توصیف چیزهایی مثل دمای زیر صفر، عددهای منفی هم لازم می‌شوند. مجموعهٔ عددهای صحیح شامل طبیعی‌ها، صفر و قرینهٔ طبیعی‌هاست:

Z={…,−3,−2,−1,0,1,2,3,…}\mathbb{Z}=\{\ldots,-3,-2,-1,0,1,2,3,\ldots\}

بنابراین N⊆W⊆Z\mathbb{N}\subseteq W\subseteq\mathbb{Z}. یعنی هر عضو مجموعهٔ کوچک‌تر در مجموعهٔ بعدی هم هست. دقت کن: نماد ∈\in برای عضویتِ یک عدد و نماد ⊆\subseteq برای رابطهٔ میان دو مجموعه است.

کتاب درسی، صفحهٔ ۹

عددهای گویا

برای بیان نصف یک نان یا سهمی از یک مقدار، عددهای صحیح کافی نیستند. عدد گویا عددی است که بتوان آن را به شکل کسری با صورت و مخرج صحیح و مخرجِ ناصفر نوشت:

Q={ab∣a,b∈Z, b≠0}Q=\left\{\frac{a}{b}\mid a,b\in\mathbb{Z},\ b\ne0\right\}

شرط ناصفر بودن مخرج ضروری است، چون تقسیم بر صفر تعریف نشده است. هر عدد صحیح هم گویاست؛ زیرا برای هر a∈Za\in\mathbb{Z} داریم a=a1a=\frac{a}{1}. پس زنجیرهٔ آشنای ما کامل‌تر می‌شود:

N⊆W⊆Z⊆Q\mathbb{N}\subseteq W\subseteq\mathbb{Z}\subseteq Q

عددهای گویا را نمی‌توان مانند طبیعی‌ها از کوچک به بزرگ، با «عدد بعدی» فهرست کرد؛ بین دو عدد گویای متفاوت، باز هم عدد گویا پیدا می‌شود.

کتاب درسی، صفحهٔ ۱۰

مثال حل‌شده

مجموعهٔ B={3k+2∣k∈Z}B=\{3k+2\mid k\in\mathbb{Z}\} را با عضوهایش مشخص کن.

  1. ابتدا مجموعهٔ مجاز را بخوان: چون k∈Zk\in\mathbb{Z} است، باید مقدارهای صحیح منفی، صفر و مثبت را در نظر بگیریم.

  2. برای چند مقدار منفی داریم: اگر k=−3k=-3، آنگاه 3(−3)+2=−73(-3)+2=-7؛ اگر k=−2k=-2، آنگاه 3(−2)+2=−43(-2)+2=-4؛ و اگر k=−1k=-1، آنگاه 3(−1)+2=−13(-1)+2=-1.

  3. صفر را هم جای‌گذاری کن: برای k=0k=0 داریم 3(0)+2=23(0)+2=2.

  4. برای چند مقدار مثبت داریم: 3(1)+2=53(1)+2=5، 3(2)+2=83(2)+2=8 و 3(3)+2=113(3)+2=11.

  5. عضوها را مرتب بنویس: B={…,−7,−4,−1,2,5,8,11,…}B=\{\ldots,-7,-4,-1,2,5,8,11,\ldots\}. سه‌نقطه در هر دو طرف لازم است، چون مقدارهای صحیحِ kk در هر دو جهت ادامه دارند.

جواب: B={…,−7,−4,−1,2,5,8,11,…}B=\{\ldots,-7,-4,-1,2,5,8,11,\ldots\}

نکات مهم

  • در نمایش نمادی یک مجموعه، باید هم مجموعهٔ مجازِ متغیر و هم قانون یا شرطِ آن را بخوانی.
  • در شرط‌های بازه‌ای، علامت << مرز را کنار می‌گذارد و علامت ≤\le مرز را می‌پذیرد.
  • رابطهٔ مجموعه‌های عددی این است: N⊆W⊆Z⊆Q\mathbb{N}\subseteq W\subseteq\mathbb{Z}\subseteq Q.

تمرین تعاملی این درس (رایگان)تمرین تعاملی این درس

درس ۵ · صفحهٔ ۱۱ تا ۱۵ · حدود ۱۵ دقیقه · تولید هوش مصنوعی

درس سوم: اجتماع، اشتراک و تفاضلِ مجموعه‌ها

در این درس یاد می‌گیری اشتراک، اجتماع و تفاضل دو مجموعه را با عضوهایشان مشخص کنی، معنای آن‌ها را در نمودار ون تشخیص بدهی و تعداد عضوهای یک مجموعه را بنویسی.

پیش از شروع

علی و رضا هم در تیم والیبال‌اند و هم در تیم فوتبال. اگر بخواهیم فهرست همهٔ بازیکنان این دو تیم را بنویسیم، آیا باید نام هرکدام را دو بار بنویسیم؟

نه؛ در یک مجموعه، هر عضو را فقط یک بار می‌نویسیم. اما نام علی و رضا هم در فهرست والیبال هست و هم در فهرست فوتبال؛ همین تفاوت به ما کمک می‌کند «اجتماع» و «اشتراک» را از هم تشخیص بدهیم.

اشتراک؛ عضوهای مشترک

فرض کن دو فهرست داریم: بازیکنان والیبال و بازیکنان فوتبال. برای پیدا کردن اشتراک، دنبال کسانی می‌گردیم که نامشان در هر دو فهرست باشد؛ یعنی هم والیبال بازی کنند و هم فوتبال. در فعالیت کتاب، علی و رضا چنین وضعی دارند.

نماد اشتراک A∩BA\cap B است. هنگام خواندن آن، به واژهٔ «هم» فکر کن: عضو باید هم در AA باشد و هم در BB. در نمودار ون، فقط قسمت هم‌پوشانی دو دایره را انتخاب می‌کنیم، نه همهٔ دو دایره را. اگر هیچ عضو مشترکی نباشد، اشتراک مجموعهٔ تهی، یعنی ∅\emptyset، است.

کتاب درسی، صفحهٔ ۱۱

اجتماع؛ دست‌کم در یکی

حالا می‌خواهیم فهرست کسانی را داشته باشیم که دست‌کم در یکی از دو تیم بازی می‌کنند. این بار هم بازیکنان مخصوص والیبال، هم بازیکنان مخصوص فوتبال و هم بازیکنان مشترک را برمی‌داریم. این مجموعه اجتماع نام دارد و با A∪BA\cup B نشان داده می‌شود.

در نمودار ون، همهٔ فضای داخل هر دو دایره انتخاب می‌شود. عضو مشترک را فقط یک بار می‌نویسیم؛ «یا» در تعریف اجتماع، حضور در هر دو مجموعه را هم می‌پذیرد.

نکتهٔ فعالیت صفحهٔ بعد این است که دانستن اجتماع و اشتراک، همیشه خود دو مجموعه را مشخص نمی‌کند: عضوهای غیرمشترک می‌توانند به شکل‌های مختلف میان دو مجموعه تقسیم شوند، بدون اینکه اجتماع و اشتراک تغییر کنند.

کتاب درسی، صفحهٔ ۱۱

تفاضل؛ در اولی، نه دومی

اگر مربی فقط بازیکنان والیبال را بخواهد که فوتبال بازی نمی‌کنند، باید از فهرست والیبال شروع کنیم و نام بازیکنان مشترک را حذف کنیم. این کار تفاضل مجموعه‌ها است. در A−BA-B، فقط عضوهایی باقی می‌مانند که در AA هستند، اما در BB نیستند.

در نمودار ون، بخش مخصوص دایرهٔ اول را انتخاب می‌کنیم و قسمت هم‌پوشانی را کنار می‌گذاریم. حواست به ترتیب باشد: B−AB-A از مجموعهٔ دیگری شروع می‌شود و معمولاً نتیجهٔ دیگری دارد. تفاضل، کم‌کردن عددها نیست؛ حذف‌کردن عضوهاست. به همین دلیل، A−BA-B همیشه زیرمجموعهٔ AA است و هیچ عضوی از بیرون AA به آن اضافه نمی‌شود.

کتاب درسی، صفحهٔ ۱۳

شمردن عضوها و چند رابطه

بعد از ساختن یک مجموعه، ممکن است بخواهیم بدانیم چند عضو دارد. نماد n(A)n(A) یعنی تعداد عضوهای مجموعهٔ AA؛ پس پاسخ آن یک عدد است، نه فهرست عضوها. برای شمردن اجتماع، اول عضوهای تکراری را کنار بگذار و بعد بشمار.

چند رابطه هم به تشخیص سریع کمک می‌کند: اشتراک هر مجموعه با خودش، همان مجموعه است؛ یعنی A∩A=AA\cap A=A. اجتماع یک مجموعه با مجموعهٔ تهی چیزی به آن اضافه نمی‌کند: A∪∅=AA\cup\emptyset=A. اما A∩∅=∅A\cap\emptyset=\emptyset، چون مجموعهٔ تهی هیچ عضوی برای مشترک‌بودن ندارد. همچنین اشتراک، زیرمجموعهٔ هر دو مجموعه است و هر دو مجموعه، زیرمجموعهٔ اجتماعشان هستند.

کتاب درسی، صفحهٔ ۱۳

مثال حل‌شده

مجموعهٔ شمارنده‌های طبیعی عدد 1212 را AA و مجموعهٔ شمارنده‌های طبیعی عدد 1818 را BB بنام. اشتراک، اجتماع، B−AB-A و تعداد عضوهای اجتماع را پیدا کن.

  1. شمارنده‌های طبیعی، عددهای طبیعی‌ای هستند که تقسیم بر آن‌ها باقی‌مانده ندارد؛ پس A={1,2,3,4,6,12}A=\{1,2,3,4,6,12\} و B={1,2,3,6,9,18}B=\{1,2,3,6,9,18\}.

  2. برای اشتراک، عضوهای حاضر در هر دو فهرست را انتخاب می‌کنیم: A∩B={1,2,3,6}A\cap B=\{1,2,3,6\}.

  3. برای اجتماع، دو فهرست را یکی می‌کنیم و هر عضو را فقط یک بار می‌نویسیم: A∪B={1,2,3,4,6,9,12,18}A\cup B=\{1,2,3,4,6,9,12,18\}.

  4. برای B−AB-A از BB شروع می‌کنیم و عضوهای موجود در AA را حذف می‌کنیم؛ بنابراین B−A={9,18}B-A=\{9,18\}.

  5. عضوهای متمایز اجتماع را می‌شماریم؛ در نتیجه n(A∪B)=8n(A\cup B)=8.

جواب: A∩B={1,2,3,6}A\cap B=\{1,2,3,6\}، A∪B={1,2,3,4,6,9,12,18}A\cup B=\{1,2,3,4,6,9,12,18\}، B−A={9,18}B-A=\{9,18\} و n(A∪B)=8n(A\cup B)=8.

نکات مهم

  • اشتراک A∩BA\cap B عضوهای مشترک و اجتماع A∪BA\cup B همهٔ عضوهای دو مجموعه را بدون تکرار در بر می‌گیرد.
  • تفاضل A−BA-B شامل عضوهای AA است که در BB نیستند و جابه‌جایی دو مجموعه ممکن است نتیجه را عوض کند.
  • نماد n(A)n(A) تعداد عضوهای مجموعهٔ AA را نشان می‌دهد، نه خود عضوهای آن را.

تمرین تعاملی این درس (رایگان)تمرین تعاملی این درس

درس ۶ · صفحهٔ ۱۵ تا ۱۷ · حدود ۱۳ دقیقه · تولید هوش مصنوعی

درس چهارم: مجموعه‌ها و احتمال

در این درس یاد می‌گیری پیشامدها را با مجموعه‌ها نمایش دهی، حالت‌های ممکن و مطلوب را درست بشماری و احتمال و هم‌شانس بودن پیشامدها را بررسی کنی.

پیش از شروع

یک تاس سالم را می‌اندازی. دوستت روی «آمدن عدد اوّل» شرط می‌بندد و تو روی «آمدن عدد زوج». آیا یکی از شما شانس بیشتری دارد؟

نه؛ عددهای اوّل روی تاس {2,3,5}\{2,3,5\} و عددهای زوج {2,4,6}\{2,4,6\} هستند. هرکدام سه حالت از شش حالت هم‌شانس را دارند، پس احتمال هر دو پیشامد برابر است؛ لازم نیست عضوهای دو مجموعه یکسان باشند.

احتمال با زبان مجموعه‌ها

برای محاسبهٔ احتمال، اول روشن کن چه چیزهایی ممکن است رخ دهد و کدام نتیجه‌ها را می‌خواهی. مجموعهٔ همهٔ نتیجه‌های ممکن را با SS و مجموعهٔ نتیجه‌های مطلوب را با AA نشان می‌دهیم. نماد n(S)n(S) یعنی تعداد عضوهای SS؛ پس آن را با خود مجموعه اشتباه نگیر.

وقتی همهٔ نتیجه‌های ممکن هم‌شانس باشند، مانند رو شدن وجه‌های یک تاس سالم، داریم: P(A)=n(A)n(S)P(A)=\frac{n(A)}{n(S)}. یعنی تعداد حالت‌های مطلوب را بر تعداد همهٔ حالت‌های ممکن تقسیم می‌کنیم. در تاس، عضوهای SS عددهای روی وجه‌ها هستند؛ خود تاس یک حالت به حساب نمی‌آید!

دو سرِ مهم این مقیاس را هم بشناس: اگر هیچ نتیجه‌ای خواستهٔ ما را برآورده نکند، A=∅A=\emptyset و P(A)=0P(A)=0 است؛ این پیشامد ناممکن است. اگر همهٔ نتیجه‌ها مطلوب باشند، A=SA=S و P(A)=1P(A)=1 است؛ این پیشامد حتمی است. بنابراین احتمال از 00 کمتر و از 11 بیشتر نمی‌شود.

کتاب درسی، صفحهٔ ۱۵

پیشامدها و شانس برابر

هر پیشامد را می‌توان به شکل یک زیرمجموعه از SS نوشت؛ چون نتیجهٔ مطلوب باید یکی از نتیجه‌های ممکن باشد. مثلاً اگر چرخنده فقط عددهای 11، 22 و 33 را نشان دهد، پیشامد «آمدن عدد فرد» همان مجموعهٔ {1,3}\{1,3\} است. برای نوشتن مجموعه، تک‌تک نتیجه‌ها را با جملهٔ پیشامد بررسی کن.

رابطه برعکس هم برقرار است: هر زیرمجموعهٔ SS یک پیشامد می‌سازد، حتی مجموعهٔ تهی و خود SS. ممکن است دو جملهٔ متفاوت هم یک مجموعهٔ مطلوب را توصیف کنند.

دو پیشامد را وقتی هم‌شانس می‌نامیم که احتمالشان برابر باشد. در یک آزمایش با نتیجه‌های هم‌شانس، چون مخرج کسر احتمال ثابت است، پیشامدهایی با تعداد عضو برابر، احتمال برابر دارند؛ حتی اگر عضوهایشان متفاوت باشد. مراقب چرخنده‌ها باش: صرفِ وجود چند عدد به معنی برابر بودن شانس آن‌ها نیست؛ برای استفاده از فرمول شمارشی باید برابر بودن شانس نتیجه‌ها را بدانیم.

کتاب درسی، صفحهٔ ۱۶

شمارش دقیق و خواندن شرط‌ها

در سؤال‌های چندمرحله‌ای، مهم‌ترین کار این است که هیچ حالتی را جا نیندازی یا دوبار نشماری. برای دو بار پرتاب تاس، نتیجه را به صورت زوج مرتب (a,b)(a,b) ثبت کن: عضو اول نتیجهٔ پرتاب اول و عضو دوم نتیجهٔ پرتاب دوم است. پس (2,5)(2,5) و (5,2)(5,2) دو حالت متفاوت‌اند. برای هر نتیجهٔ پرتاب اول، شش نتیجه در پرتاب دوم داریم؛ بنابراین n(S)=6×6=36n(S)=6\times6=36.

در مسئلهٔ سه فرزند هم ترتیب تولد را نگه می‌داریم. مثلاً «دختر، دختر، پسر» با «پسر، دختر، دختر» متفاوت است. در مدل سادهٔ این تمرین، دختر یا پسر بودن را هم‌شانس و مستقل در نظر می‌گیریم تا بتوانیم از فرمول شمارشی استفاده کنیم.

بعد، جملهٔ پیشامد را دقیق بخوان: «و» یعنی هر دو شرط هم‌زمان برقرار باشند؛ «یا» یعنی دست‌کم یکی برقرار باشد؛ «نباشد» یعنی نتیجه‌های دیگر را انتخاب کنیم. «دقیقاً دو دختر» هم یعنی نه کمتر و نه بیشتر از دو دختر.

کتاب درسی، صفحهٔ ۱۷

مثال حل‌شده

دو تاس سالم، یکی آبی و دیگری قرمز، می‌اندازیم. احتمال اینکه مجموع دو عدد رو‌شده 77 باشد چقدر است؟

  1. نتیجه را به صورت (a,b)(a,b) می‌نویسیم؛ aa عدد تاس آبی و bb عدد تاس قرمز است، پس ترتیب اهمیت دارد.

  2. هر تاس شش نتیجه دارد و همهٔ زوج‌ها هم‌شانس‌اند؛ بنابراین تعداد همهٔ حالت‌های ممکن n(S)=6×6=36n(S)=6\times6=36 است.

  3. زوج‌هایی را می‌نویسیم که مجموعشان 77 است: A={(1,6),(2,5),(3,4),(4,3),(5,2),(6,1)}A=\{(1,6),(2,5),(3,4),(4,3),(5,2),(6,1)\}.

  4. تعداد عضوهای مجموعهٔ مطلوب را می‌شماریم: n(A)=6n(A)=6. زوج‌های جابه‌جاشده را حذف نمی‌کنیم، چون رنگ تاس‌ها نتیجه‌ها را متمایز می‌کند.

  5. در فرمول قرار می‌دهیم و ساده می‌کنیم: P(A)=n(A)n(S)=636=16P(A)=\frac{n(A)}{n(S)}=\frac{6}{36}=\frac{1}{6}.

جواب: احتمال اینکه مجموع دو عدد 77 شود، برابر با 16\frac{1}{6} است.

نکات مهم

  • اگر نتیجه‌های ممکن هم‌شانس باشند، احتمال پیشامد از رابطهٔ P(A)=n(A)n(S)P(A)=\frac{n(A)}{n(S)} به دست می‌آید.
  • هر پیشامد زیرمجموعه‌ای از SS است و احتمال پیشامد ناممکن 00 و پیشامد حتمی 11 است.
  • برای مقایسهٔ شانس‌ها و حل سؤال‌های چندمرحله‌ای، شرط‌ها و ترتیب نتیجه‌ها را دقیق در نظر بگیر.

تمرین تعاملی این درس (رایگان)تمرین تعاملی این درس

حالا خودت را بسنج: نمونه سوال این فصل با جواب (فصل ۱ ریاضی نهم)

درس‌های فصل ۱ را تعاملی بخوان

در پنل یادگیری 1xAi هر کدام از این درس‌ها قدم به قدم پیش می‌رود: بعد از هر بخش یک سوال کوتاه، بعد مثال حل‌شده و در پایان برگهٔ خروج. جوابت ثبت می‌شود و سوال‌های هر درس در روزهای بعد برای مرور برمی‌گردند. درس‌های تعاملی رایگان‌اند؛ فقط تصحیح پاسخ کوتاه سهمیهٔ روزانهٔ رایگان دارد.

ساختن حساب رایگان است و بعد از ثبت‌نام مستقیم به همین بخش از پنل برمی‌گردی.

فصل ۱ ریاضی نهم · رایگان