【高校数学A】3つの集合の共通部分の求め方|ベン図の真ん中をわかりやすく解説
妖練習 連立方程式 文章題 スーパードリル 700
よう、消しゴムの妖精のクマシロだ。スーパーで、雨宿りだ
3つの集合、
$$
A,\ B,\ C
$$
があるとき、
3つすべてに共通する部分を、
$$
A\cap B\cap C
$$
と表す。
ベン図では、
3つの円がすべて重なっている真ん中の部分
だ。
つまり、
$$
\boxed{
A\cap B\cap C
=
AにもBにもCにも入っている部分
}
$$
である。

今回は、
3つの集合の共通部分の求め方
ベン図の真ん中の求め方
3つの集合の要素の個数の公式
を順番に確認していこう。
3つの集合の要素の個数の公式
3つの集合A、B、Cの和集合、
$$
A\cup B\cup C
$$
の要素の個数は、
$$
\boxed{
n(A\cup B\cup C)
=
n(A)+n(B)+n(C)
-n(A\cap B)
-n(B\cap C)
-n(C\cap A)
+n(A\cap B\cap C)
}
$$
で求める。
少し長いが、
流れは、
$$
\boxed{
足す
\rightarrow
引く
\rightarrow
最後に足す
}
$$
である。
なぜ最初に3つの集合を足すの?
まず、
$$
n(A)+n(B)+n(C)
$$
として、
A、B、Cの要素を全部数える。
でも、
このままだと、
重なっている部分を何回も数えてしまう。
そこで、
$$
n(A\cap B)
$$
$$
n(B\cap C)
$$
$$
n(C\cap A)
$$
を引く。

なぜ最後に真ん中を足すの?
ここが一番重要だ。
3つすべてに入っている要素、
$$
A\cap B\cap C
$$
を1つ考えてみよう。
最初の、
$$
n(A)+n(B)+n(C)
$$
では、
この要素は、
Aで1回、
Bで1回、
Cで1回、
合計3回
数えられる。
つまり、
$$
3
$$
回だ。
そのあと、
$$
n(A\cap B)
$$
$$
n(B\cap C)
$$
$$
n(C\cap A)
$$
を引く。
真ん中の要素は、
この3つの共通部分すべてにも入っているので、
3回引かれる。
すると、
$$
3-3=0
$$
になってしまう。
本当は、
その要素を1回数えたい。
だから最後に、
$$
+n(A\cap B\cap C)
$$
として、
1回足す。

つまり、
$$
\boxed{
3回数える
–
3回引く
+
1回足す
=
1回
}
$$
となる。
真ん中は引きすぎて0回になっちゃう。だから最後に1回戻すんだ。
ベン図の真ん中を公式から求める
では、
真ん中、
$$
n(A\cap B\cap C)
$$
を求めたい場合はどうすればいいだろう。
公式、
$$
n(A\cup B\cup C)
=
n(A)+n(B)+n(C)
-n(A\cap B)
-n(B\cap C)
-n(C\cap A)
+n(A\cap B\cap C)
$$
を変形すればよい。
すると、
$$
\boxed{
n(A\cap B\cap C)
=
n(A\cup B\cup C)
-n(A)-n(B)-n(C)
+n(A\cap B)
+n(B\cap C)
+n(C\cap A)
}
$$
となる。
具体例で3つの集合の真ん中を求めてみよう
たとえば、
$$
n(A)=20
$$
$$
n(B)=18
$$
$$
n(C)=16
$$
$$
n(A\cap B)=8
$$
$$
n(B\cap C)=7
$$
$$
n(C\cap A)=6
$$
そして、
$$
n(A\cup B\cup C)=39
$$
だったとする。
このとき、
3つすべてに共通する部分、
$$
n(A\cap B\cap C)
$$
を求めよう。
公式に代入すると、
$$
n(A\cap B\cap C)
=
39-20-18-16+8+7+6
$$
$$
=
39-54+21
$$
$$
=
6
$$
したがって、
$$
\boxed{
n(A\cap B\cap C)=6
}
$$
となる。
まとめ:3つの集合の公式をズバッと覚える
3つの集合の和集合は、
$$
\boxed{
n(A\cup B\cup C)
=
n(A)+n(B)+n(C)
-n(A\cap B)
-n(B\cap C)
-n(C\cap A)
+n(A\cap B\cap C)
}
$$
である。
覚え方は、
1個ずつを足す
↓
2個ずつの重なりを引く
↓
3個全部の重なりを足す
だ。
つまり、
$$
\boxed{
+ \ – \ +
}
$$
という流れになるぞ。
それじゃあな。
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