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集合与对应

  • ISBN:978-7-5428-7455-9/O·1137
  • 著译者:单墫 熊斌 主编 单墫 著
  • 出版时间:2021年6月
  • 定价¥70.00
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  • 开本/字数:16开
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第一版序:


    读书,是天下第一件好事。

    书,是老师。他循循善诱,传授许多新鲜知识,使你的眼界与思路大开。

    书,是朋友。他与你切磋琢磨,研讨问题,交流心得,使你的见识与能力大增。

书的作用太大了!

    这里举一个例子:常庚哲先生的《抽屉原则及其他》(上海教育出版社,1980年)问世后,很快地,连小学生都知道了什么是抽屉原则。而在此以前,几乎无人知道这一名词。

    读书,当然要读好书。

    常常有人问我:哪些奥数书好?希望我能推荐几本。

    我看过的书不多。最熟悉的是上海的出版社出过的几十本小册子。可惜现在已经成为珍本,很难见到。幸而上海科技教育出版社即将推出一套“数学奥林匹克命题人讲座”丛书,帮我回答了这个问题。

   这套丛书的书名与作者初定如下:

    黄利兵  陆洪文   《解析几何》

    王伟叶  熊  斌   《函数迭代与函数方程》

    陈  计  季潮丞   《代数不等式》

    田廷彦           《圆》

    冯志刚           《初等数论》

    单  墫           《集合与对应》《数列与数学归纳法》

    刘培杰  张永芹   《组合问题》

    任  韩           《图论》

    田廷彦           《组合几何》

    唐立华           《向量与立体几何》

    杨德胜           《三角函数·复数》

    显然,作者队伍非常之强。老辈如陆洪文先生是博士生导师,不仅在代数数论等领域的研究上取得了卓越的成绩,而且十分关心数学竞赛。中年如陈计先生于不等式,是国内公认的首屈一指的专家。其他各位也都是当下国内数学奥林匹克的领军人物。如熊斌、冯志刚是2008年IMO中国国家队的正副领队、中国数学奥林匹克委员会委员。他们为我国数学奥林匹克做出了重大的贡献,培养了很多的人才。2008年9月14日,“国际数学奥林匹克研究中心”在华东师范大学挂牌成立,担任这个研究中心主任的正是多届IMO中国国家队领队、华东师范大学数学系副教授熊斌。

    这些作者有一个共同的特点:他们都为数学竞赛命过题。

    命题人写书,富于原创性。有许多新的构想、新的问题、新的解法、新的探讨。新,是这套丛书的一大亮点。读者一定会从这套丛书中学到很多新的知识,产生很多新的想法。

    新,会不会造成深、难呢?

    这套书当然会有一定的深度,一定的难度。但作者是命题人,充分了解问题的背景(如刘培杰先生就曾专门研究过一些问题的背景),写来能够深入浅出,“百炼钢化为绕指柔”。另一方面,倘若一本书十分浮浅,一点难度没有,那也就失去了阅读的价值。

读书,难免遇到困难。遇到困难,不能放弃。要顶得住,坚持下去,锲而不舍。这样,你不但读懂了一本好书,而且也学会了读书,享受到读书的乐趣。

    书的作者,当然要努力将书写好。但任何事情都难以做到完美无缺。经典著作尚且偶有疏漏,富于原创的书更难免有考虑不足的地方。从某种意义上说,这种不足毋宁说是一种优点:它给读者留下了思考、想象、驰骋的空间。

    如果你在阅读中,能够想到一些新的问题或新的解法,能够发现书中的不足或改进书中的结果,那就是古人所说的“读书得间”,值得祝贺!

    我们欢迎各位读者对这套丛书提出建议与批评。

    感谢上海科技教育出版社,特别是编辑卢源先生,策划组织编写了这套书。卢编辑认真把关,使书中的错误减至最少,又在书中设置了一些栏目,使这套书增色很多。


     




升级版序:

 

    数学竞赛活动的开展,其目的是激发青少年学习数学的兴趣,发现和培养具有数学天赋的学生,因材施教。数学竞赛是中小学生的课外活动,也是一种特殊的素质教育——思维训练。

    数学竞赛,可以让学生养成独立思考问题的习惯、建立对数学知识的看法及求知能力、初步具有创新意识。一个人对某个专业领域的兴趣与创新意识应该从青少年时代就开始培养。

    在近20年的菲尔兹奖(Fields Medal)获得者中,有一半以上是IMO的优胜者。

    我国的数学竞赛选手中已经涌现出许多优秀的青年数学人才,如获得著名的拉马努金奖(Ramanujan Prize)的张伟、恽之玮、许晨阳、刘一峰等,并且有不少学者在国内外知名高校或科研机构从事数学研究工作,如:朱歆文、刘若川、何宏宇、何斯迈、袁新意、肖梁、张瑞祥等。2008年、2009年IMO的满分金牌获得者韦东奕,在研究生一二年级时就做出了很好的成果。无论从整体还是从个别、从国外还是从国内来看,数学竞赛对数学与科学英才的教育都有非常重要的价值。

    “数学奥林匹克命题人讲座”丛书自2009年起陆续出版,受到了广大数学竞赛爱好者以及数学竞赛教练员的欢迎和好评。

    近十年来,在各级各类数学竞赛中又有不少好题与精妙的解法,为了与广大数学爱好者分享这些妙题与巧解,在第一版的基础上,我们组织了第一版的原作者和一些新作者编写了“数学奥林匹克命题人讲座(升级版)”。

    “数学奥林匹克命题人讲座(升级版)”包括《集合与对应》(单墫)、《数列与数学归纳法》(单墫)、《函数迭代与函数方程》(王伟叶、熊斌)、《初等数论》(冯志刚)、《组合问题》(刘培杰、张永芹、杜莹雪)、《平面几何(圆)》(田廷彦)、《组合几何》(田廷彦)、《三角函数与复数》(杨德胜)、《向量与立体几何》(唐立华)、《图论》(任韩)、《不等式的证明》(熊斌、罗振华)、《平面几何(直线型)》(金磊)。其中《不等式的证明》和《平面几何(直线型)》为新增加的两本。

    本丛书中既有传统的具有典型性的数学问题,也有选自近年高校自主招生、全国高中数学联赛、中国数学奥林匹克、中国西部数学邀请赛、中国女子数学奥林匹克、国际数学奥林匹克以及国外数学竞赛中的好题,还有一些是作者自编的问题。

    感谢上海科技教育出版社和本丛书责任编辑卢源先生的精心策划与组织。

    感谢各位读者自第一版出版以来提出了不少好的建议,希望大家继续对升级版提出建议和批评,使本丛书不断完善。


前言:

    这本《集合与对应》分为两个部分,第一部分为集合,第二部分为对应,由以前写的两本小册子《集合及其子集》与《对应》合并后经适当修订而成。
    集合论,是全部数学的基础。
    数学大师康托尔(Cantor)建立了基数、序型等重要概念,将研究从有限集推进到无限集,创立了集合论这一数学分支。
    近30年来,随着组合数学的蓬勃发展,关于有限集及其子集族,又有很多的研究,得出了很多重要而且优美的结果。
    “对应”也是一个极基本的数学概念。
    人类在上古时代就已经知道把自己的手指或石子与货物(牛、羊等等)对应起来,进行计数。随着时间的推移,对应的作用越来越大,地位越来越重要。
    几何中的各种变换,数学分析中的各种函数,都是对应的例子。
    现代数学中,同态、同构、同伦、同胚、……,无一不是具有某种性质的对应。各种各样的“表示”,实质上也就是各种各样的对应。
    为了计算一个集合的元素个数,在组合数学中,常常利用这个集合与另一个集合之间的对应关系,这种方法称为“对应原理”。
    数学证明中,也常常出现“对应”这个幽灵。
    法尔廷斯(G.Faltings)解决莫德尔猜想,怀尔斯(A.J.Wiles)证明费马大定理,其中都运用了一系列的对应。
    这本小册子通过许多初等问题介绍了集合与对应,希望能起到抛砖引玉的作用。
    特别说明,本书中所谓自然数及符号N均指正整数,不包括“0”。单墫主编

第一部分  集合

    第一讲  集合 / 1

        1.1  集合 / 1

        1.2  从属关系 / 3

        1.3  包含 / 5

        1.4  并与交 / 6

        1.5  差与补 / 8

        1.6  维恩图 / 9

        1.7  有关集合的等式(Ⅰ) / 11

        1.8  对称差 / 14

        1.9  有关集合的等式(Ⅱ) / 17

        1.10  关集合的等式(Ⅲ) / 21

        1.11  容斥原理(Ⅰ) / 24

        1.12  容斥原理(Ⅱ) / 28

    第二讲  映射 / 31

        2.1  映射 / 31

        2.2  复合映射 / 33

        2.3  有限集到自身的映射 / 35

        2.4  构造映射(Ⅰ) / 36

        2.5  构造映射(Ⅱ) / 39

        2.6  函数方程(Ⅰ) / 42

        2.7  函数方程(Ⅱ) / 46

        2.8  函数方程(Ⅲ) / 51

        2.9  链 / 54

        2.10  图 / 58

    第三讲  有限集的子集 / 61

        3.1  子集的个数 / 61

        3.2  两两相交的子集 / 63

        3.3  奇偶子集 / 64

        3.4  另一种奇偶子集 / 66

        3.5  格雷厄姆的一个问题 / 68

        3.6  三元子集族(Ⅰ) / 72

        3.7  三元子集族(Ⅱ) / 75

        3.8  施泰纳三元系 / 79

        3.9  构造 / 83

        3.10  分拆(Ⅰ) / 87

        3.11  分拆(Ⅱ) / 90

        3.12  覆盖 / 94

        3.13  斯特林数 / 96

        3.14  M(n,k,h) / 101

    第四讲  各种子集族 / 105

        4.1  S族 / 105

        4.2  链 / 109

        4.3  迪尔沃思定理 / 114

        4.4  李特尔伍德奥福德问题 / 117

        4.5  I族 / 121

        4.6  EKR定理的推广 / 126

        4.7  影 / 130

        4.8  米尔纳定理 / 134

        4.9  上族与下族 / 137

        4.10  四函数定理 / 141

        4.11  H族 / 146

        4.12  相距合理的族 / 151

    第五讲  无限集 / 156

        5.1  无限集 / 156

        5.2  可数集 / 159

        5.3  连续统的基数 / 163

        5.4  基数的比较 / 166

        5.5  直线上的开集与闭集 / 171

        5.6  康托尔的完备集 / 174

        5.7  库拉托夫斯基定理 / 177

第二部分  对应 

    第六讲  映射的应用 / 187

        6.1  映射与一一对应 / 187

        6.2  淘汰赛 / 190

        6.3  锯立方体 / 191

        6.4  棋盘上的方格 / 192

        6.5  对称 / 194

        6.6  集合自身的对称 / 195

        6.7  自然数的因数 / 197

        6.8  国际象棋中的象 / 199

        6.9  “连城”游戏 / 201

        6.10  加德纳的游戏 / 203

        6.11  穿过多少个方格 / 204

        6.12  恒等映射 / 206

        6.13  复合映射 / 207

        6.14  逆映射 / 208

        6.15  单射 / 210

        6.16  密码 / 211

        6.17  魔术师 / 213

        6.18  让你猜不出 / 214

        6.19  一个较复杂的例子 / 216

    第七讲  计数 / 219

        7.1  阿凡提的驴 / 219

        7.2  乘法原理 / 220

        7.3  因数的个数 / 222

        7.4  映射的个数 / 223

        7.5  吃巧克力的方案 / 225

        7.6  排列 / 226

        7.7  河马 / 228

        7.8  圆周上的排列 / 230

        7.9  组合 / 232

        7.10  加法原理 / 235

        7.11  问题举隅(Ⅰ) / 238

        7.12  问题举隅(Ⅱ) / 242

        7.13  两个几何问题 / 244

        7.14  最短路线 / 246

        7.15  允许重复的组合 / 248

        7.16  线性方程的整数解 / 250

        7.17  关于集合的一个问题 / 252

    第八讲  卡塔兰数 / 255

        8.1  n边形的剖分 / 255

        8.2  添括号 / 256

        8.3  惠特沃思路线 / 258

        8.4  圆周上的点 / 260

        8.5  互不相交的弦 / 262

        8.6  找零钱的问题 / 264

        8.7  有序数组的个数 / 266

        8.8  排队问题 / 268

        8.9  不与y=x相交的路线 / 270

        8.10  投票记录 / 271

        8.11  夏皮罗路线 / 274

    第九讲  表示 / 277

        9.1  表示与坐标 / 277

        9.2  猜年龄的奥妙 / 279

        9.3  自然数的其他表示 / 280

        9.4  斐波那契数 / 283

        9.5  两种状态 / 286

        9.6  奇偶性 / 287

        9.7  抽屉原则 / 290

        9.8  表数为2j·i / 293

        9.9  运算 / 294

        9.10  同余 / 296

        9.11  同态 / 297

        9.12  中国剩余定理 / 298

        9.13  群 / 299

        9.14  缩系 / 301

        9.15  洗牌问题 / 303

        9.16  紧凑的日程表 / 304

        9.17  图形的妙用 / 306

        9.18  横竖一样 / 308

        9.19  图论问题 / 310

        9.20  外切的圆 / 312

        9.21  兰福德问题 / 314

        9.22  斯科伦问题 / 318

参考答案及提示 / 326