Teilmenge

Der mathematische Begriff Teilmenge bedeutet eine Beziehung zwischen Mengen.

A ist eine Teilmenge von B, wenn jedes Element von A auch in B enthalten ist. Man nennt B dann eine Obermenge von A. Sind A und B zudem verschieden, ist A eine echte Teilmenge von B.

Die Teilmengenbeziehung wird auch als Inklusion bezeichnet.

Die Menge aller Teilmengen einer gegebenen Menge A heißt die Potenzmenge von A.

Notationen

A \subseteq B

(A ist Teilmenge von B)

A \subset B

(A ist echte Teilmenge von B)

B \supseteq A

(B ist Obermenge von A)

B \supset A

(B ist echte Obermenge von A)

Diese Notation betont die Analogie zu den Schreibweisen x ≤ y und x < y.
Daneben ist aber auch die folgende weit verbreitet: $\subset$ steht für "Teilmenge", $\subsetneq$ für "echte Teilmenge".

In der Situation A ⊆ B sagt man auch oft: „A ist in B enthalten“ oder „B enthält A“. Diese Sprechweisen sind mit Vorsicht zu verwenden, da sie mit der Element-Relation $\in$ verwechselt werden können.

Definition

{A}\subseteq {B} :\Longleftrightarrow \forall x \in A : x \in B

Beispiele

{1, 2} ist eine Teilmenge von {1, 2, 3}.
{1, 2, 3} ist eine Teilmenge von {1, 2, 3}.
{1, 2, 3, 4} ist keine Teilmenge von {1, 2, 3}.
{1, 2, 3} ist keine Teilmenge von {2, 3, 4}.
{} ist eine Teilmenge von {1, 2}.

{1, 2} ist eine echte Teilmenge von {1, 2, 3}.
{1, 2, 3} ist keine echte Teilmenge von {1, 2, 3}.

{1, 2, 3} ist eine Obermenge von {1, 2}.
{1, 2} ist eine Obermenge von {1, 2}.
{1} ist keine Obermenge von {1, 2}.

{1, 2, 3} ist eine echte Obermenge von {1, 2}.
{1, 2, 3} ist keine echte Obermenge von {1, 2, 3}.

Die Menge der Primzahlen ist eine echte Teilmenge der Menge der natürlichen Zahlen.
Die Menge der rationalen Zahlen ist eine echte Teilmenge der Menge der reellen Zahlen.

Eigenschaften

Die leere Menge ist Teilmenge jeder Menge:
$\varnothing \subseteq A$
Jede Menge ist Teilmenge von sich selbst:
$A \subseteq A$
Charakterisierung der Inklusion mit Hilfe der Vereinigung:
$A \subseteq B \Leftrightarrow A \cup B = B$
Charakterisierung der Inklusion mit Hilfe des Durchschnitts:
$A \subseteq B \Leftrightarrow A \cap B = A$
Charakterisierung der Inklusion mit Hilfe der Differenzmenge:
$A \subseteq B \Leftrightarrow A \setminus B = \varnothing$
Charakterisierung der Inklusion mit Hilfe der charakteristischen Funktion:
$A \subseteq B \Leftrightarrow \chi_A \le \chi_B$
Zwei Mengen sind genau dann gleich, wenn jede eine Teilmenge der anderen ist:
$A = B \Leftrightarrow A \subseteq B \and B \subseteq A$
Diese Regel wird oft beim Nachweis der Gleichheit zweier Mengen verwendet, indem man die gegenseitige Inklusion (in zwei Arbeitsschritten) zeigt.
Beim Übergang zum Komplement dreht sich die Richtung der Inklusion um:
$A \subseteq B \Rightarrow A^{\rm c} \supseteq B^{\rm c}$
Bei der Bildung der Schnittmenge erhält man stets eine Teilmenge:
$A \cap B \subseteq A$
Bei der Bildung der Vereinigungsmenge erhält man stets eine Obermenge:
$A \cup B \supseteq A$

Die Inklusion als Ordnungsrelation

Die Inklusion als Beziehung zwischen Mengen erfüllt die drei Eigenschaften einer partiellen Ordnungsrelation, sie ist nämlich reflexiv, antisymmetrisch und transitiv:

A \subseteq A

A \subseteq B \subseteq A \Rightarrow A = B

A \subseteq B \subseteq C \Rightarrow A \subseteq C

(Dabei ist $A\subseteq B\subseteq C$ eine Kurzschreibweise für „ $A\subseteq B$ und $B\subseteq C$ “.)

Ist also M eine Menge von Mengen (ein Mengensystem), dann ist $(M, \subseteq)$ eine Halbordnung. Insbesondere gilt dies für die Potenzmenge $\mathcal P(X)$ einer gegebenen Menge X.

Inklusionsketten

Eine (endliche oder unendliche) Folge von Inklusionen heißt Inklusionskette. Sie kann aufsteigend oder absteigend sein:

A_1 \subseteq A_2  \subseteq A_3 \subseteq \ ...

A_1 \supseteq A_2  \supseteq A_3 \supseteq \ ...

Größe und Anzahl von Teilmengen

Jede Teilmenge einer endlichen Menge ist endlich und für die Mächtigkeiten gilt:
$A \subseteq B \Rightarrow |A| \le |B|$
$A \subset B \Rightarrow |A| < |B|$
Jede Obermenge einer unendlichen Menge ist unendlich.
Auch bei unendlichen Mengen gilt für die Mächtigkeiten:
$A \subseteq B \Rightarrow |A| \le |B|$
Bei unendlichen Mengen ist es aber möglich, dass eine echte Teilmenge dieselbe Mächtigkeit hat wie ihre Grundmenge. Zum Beispiel sind die natürlichen Zahlen eine echte Teilmenge der ganzen Zahlen, aber die beiden Mengen sind gleich groß (nämlich abzählbar unendlich).
Eine endliche Menge mit n Elementen hat genau 2ⁿ Teilmengen.
Die Anzahl der k-elementigen Teilmengen einer n-elementigen (endlichen) Menge ist durch den Binomialkoeffizienten $n \choose k$ gegeben.

Siehe auch

Mengenlehre

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