Mengenlehre: Überblick & Notation

Mengenlehre: Überblick & Bedeutung

Die Mengenlehre ist ein grundlegendes Teilgebiet der Mathematik, das von Georg Cantor (1845–1918) im 19. Jahrhundert entwickelt wurde. Sie bildet das Fundament nahezu aller modernen mathematischen Disziplinen. Jede mathematische Struktur – von Zahlen über Funktionen bis zu geometrischen Objekten – kann in der Sprache der Mengenlehre formuliert werden.

Ursprung und Idee

Cantor definierte den Begriff der Menge folgendermassen: > Unter einer Menge verstehen wir jede Zusammenfassung von bestimmten, wohlunterschiedlichen Objekten unserer Anschauung oder unseres Denkens (welche Elemente der Menge genannt werden) zu einem Ganzen.

Diese Definition erlaubt es, sowohl konkrete als auch abstrakte Objekte als Elemente zu betrachten. Beispiele für Mengen:

• Die Menge der Planeten im Sonnensystem
• Die Menge der geraden natürlichen Zahlen grösser als 2, die sich als Summe zweier Primzahlen schreiben lassen
• Die Menge aller reellen Zahlen x mit x > 5
• Die Menge der Studierenden an der BFH-TI Biel

Notation

• Mengen werden mit Grossbuchstaben bezeichnet (A, B, C, …).
• Elemente werden mit Kleinbuchstaben bezeichnet (a, b, c, …).
• Die Aussage „a ist Element von A“ schreibt man als:

 a ∈ A  
 Die Negation lautet:  
 a ∉ A  

Eine Menge ist durch ihre Elemente vollständig bestimmt. Dieses Prinzip wird als Extensionalitätsaxiom bezeichnet: > Zwei Mengen A und B sind genau dann gleich, wenn sie dieselben Elemente enthalten.

Formal:

A = B ⇔ ∀x: (x ∈ A ⇔ x ∈ B)

Arten der Mengendefinition

Es gibt zwei grundlegende Arten, Mengen zu definieren:

1. Aufzählende (explizite) Definition

Alle Elemente werden direkt aufgelistet:

A = {a, b, x, y, z}  
B = {1, 2, 3, 4, 5}

2. Beschreibende (intensionale) Definition

Die Elemente werden durch eine Eigenschaft charakterisiert:

B = {n : n ∈ ℤ ∧ n > 5}  

„B ist die Menge aller ganzen Zahlen n, für die n > 5 gilt.“

Der Doppelpunkt „:“ bedeutet „mit der Eigenschaft“ oder „so dass“.

Wichtige Symbole

| Symbol | Bedeutung               |
|--------|-------------------------|
| ∈      | ist Element von         |
| ∉      | ist kein Element von    |
| ⊆      | ist Teilmenge von       |
| ⊂      | ist echte Teilmenge von |
| ∅     | leere Menge             |
| U      | Universalmenge          |

Leere Menge und Universalmenge

• Leere Menge (∅): enthält keine Elemente.

 ∅ = {}  

• Universalmenge (U): enthält alle in einem Kontext betrachteten Objekte.

 Beispiele:
 * In der Geometrie: alle Punkte der Ebene  
 * In der Analysis: alle reellen Zahlen

Bedeutung in der Informatik

Mengen sind auch in der Informatik zentral:

• zur Beschreibung von Zustandsräumen
• zur Definition von Datenmengen und Relationen
• für logische Operationen (UND, ODER, NICHT) in Boolescher Algebra
• als Grundlage für Datenbanktheorie und Mengenoperationen (SELECT, UNION, INTERSECT)

Zusammenfassung

• Die Mengenlehre ist das Fundament der Mathematik.
• Mengen sind Sammlungen von klar unterscheidbaren Objekten.
• Die Mitgliedschaft (∈) ist das zentrale Konzept.
• Mengen können durch Aufzählung oder Eigenschaft definiert werden.
• Leere Menge (∅) und Universalmenge (U) sind wichtige Spezialfälle.