공통수학2집합수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

조건 만족 부분집합 개수

문제

전체집합 U={x1x12,x는자연수}U = \left\{ \mathit{x} | 1 \leq x \leq 12 , x \text{는} \text{자연수} \right\}의 두 부분집합 A={1,2}A = \left\{ 1 , 2 \right\}, B={2,3,5,7}B = \left\{ 2 , 3 , 5 , 7 \right\}에 대하여 다음 조건을 만족시키는 UU의 부분집합 XX의 개수를 구하시오. [4점]

(가) AX=XA \cup X = X (나) (BA)X={5,7}\left( B - A \right) \cap X = \left\{ 5 , 7 \right\}

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해설

[출제의도] 부분집합의 원소의 개수를 구할 수 있는가를 묻는 문제이다. 조건 (가)에서 AX=XA \cup X = X이므로 집합 AA는 집합 XX의 부분집합이다. 즉, AX\mathit{A} \subset X이다. 그러므로 집합 AA의 두 원소 1122는 집합 XX의 원소이다. 또, 두 집합 A\mathrm{\mathit{A}}B\mathrm{\mathit{B}}에서 A={1,2}A = \left\{ 1 , 2 \right\}이고 B={2,3,5,7}B = \left\{ 2 , 3 , 5 , 7 \right\}이므로 BA={3,5,7}B - A = \left\{ 3 , 5 , 7 \right\} 조건 (나)에서 (BA)X={5,7}\left( B - A \right) \cap X = \left\{ 5 , 7 \right\}이므로 {3,5,7}X={5,7}\left\{ 3 , 5 , 7 \right\} \cap X = \left\{ 5 , 7 \right\} 따라서 5,7X5 , 7 \in \mathit{X}, 3X3 \notin \mathit{X} 그러므로 11, 22, 55, 77은 반드시 집합 XX에 속해야 하고 33은 속하지 않아야 한다. 그런데 전체집합 U={x1x12,x는자연수}U = \left\{ \mathit{x} | 1 \leq x \leq 12 , x \text{는} \text{자연수} \right\}의 원소의 개수는 1212이다. 따라서 주어진 조건을 만족하는 집합 XX의 개수는 21241=27=1282 ^{12 - 4 - 1} = 2 ^{7} = 128이다.

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