Mengen und ihre Schreibweise — Einführung

Mengen und ihre Schreibweise — Einführung

Die Sportlehrerin sagt: „In die Volleyballmannschaft kommen alle, die mindestens 175 cm groß sind.“ Sie hat noch keinen Namen genannt. Trotzdem ist klar, wer dazugehört. Man muss nur alle messen.

Genau so funktioniert eine Menge. Eine Menge ist eine Sammlung von Dingen, bei der man von jedem Ding eindeutig sagen kann, ob es dazugehört oder nicht. Die Dinge, die dazugehören, heißen Elemente der Menge.


Inhalt


Was ist eine Menge

Stell dir eine Menge wie einen Beutel vor, in den wir Dinge legen. Dabei gelten zwei Regeln:

  • Bei jedem Ding muss klar sein, ob es im Beutel ist oder nicht.
  • Jedes Ding ist höchstens einmal im Beutel. Doppelt zählt nichts.

Mengen bezeichnen wir mit großen Buchstaben: A, B, C, M … Die Elemente schreiben wir in geschweifte Klammern { }.

Beispiele:

  • die Tage des Wochenendes: {Samstag, Sonntag},
  • die Vokale im Wort „Mama“: {a} — das „a“ schreiben wir nur einmal,
  • die geraden Zahlen kleiner als 10: {2, 4, 6, 8}.

⚠️ „Die Menge der schönen Filme“ ist keine Menge. Was schön ist, sieht jeder anders. Man kann also nicht eindeutig entscheiden, ob ein Film dazugehört.


Die Zeichen ∈ und ∉

Dass die Zahl 4 zur Menge A = {2, 4, 6, 8} gehört, schreiben wir so:

4 ∈ A — gelesen „4 ist Element von A“.

Dass die Zahl 5 nicht dazugehört, schreiben wir so:

5 ∉ A — gelesen „5 ist kein Element von A“.

💡 Das Zeichen ∈ erinnert an ein „E“ wie „Element“. Das durchgestrichene ∉ bedeutet das Gegenteil, genau wie ≠ beim Gleichheitszeichen.


Aufzählende Darstellung

Am einfachsten ist es, alle Elemente aufzuschreiben:

A = {1, 2, 3, 6}

Dabei gilt:

  • Die Reihenfolge ist egal. {1, 2, 3, 6} und {6, 3, 2, 1} sind dieselbe Menge.
  • Kein Element doppelt. {1, 2, 2, 3} schreibt man nicht — richtig ist {1, 2, 3}.

Die aufzählende Darstellung passt, wenn es nur wenige Elemente gibt. Sind es viele, die regelmäßig aufeinander folgen, darf man Pünktchen benutzen: {1, 2, 3, …, 100}.


Beschreibende Darstellung

Die zweite Möglichkeit: Man nennt eine Eigenschaft, die alle Elemente haben — und sonst nichts.

A = {x ∈ ℕ | x ist ein Teiler von 6}

Gelesen: „A ist die Menge aller x aus den natürlichen Zahlen, für die gilt: x ist ein Teiler von 6.“

Die Schreibweise hat drei Teile:

TeilBedeutung
x ∈ ℕaus welchen Zahlen wir auswählen (hier die natürlichen Zahlen 1, 2, 3, …)
|„für die gilt“
x ist ein Teiler von 6die Bedingung, die x erfüllen muss

Die Elemente findest du, indem du die Zahlen der Reihe nach ausprobierst: 1 teilt 6 ✓, 2 ✓, 3 ✓, 4 ✗, 5 ✗, 6 ✓. Größere Zahlen teilen 6 nicht mehr. Also ist A = {1, 2, 3, 6}.

Beispiel 1

Zähle die Elemente der Menge B = {x ∈ ℤ | −2 ≤ x < 3} auf.

  1. Wir wählen aus den ganzen Zahlen ℤ — also auch die Null und negative Zahlen.
  2. Bedingung: x ist größer oder gleich −2 und gleichzeitig kleiner als 3.
  3. Bei „≤“ gehört die Grenzzahl dazu: −2 ist dabei.
  4. Bei „<“ gehört die Grenzzahl nicht dazu: 3 ist nicht dabei.
  5. B = {−2, −1, 0, 1, 2}.

Beispiel 2

Zähle die Elemente der Menge C = {x ∈ ℤ | x² = 9} auf.

  1. Wir suchen ganze Zahlen, deren Quadrat 9 ist.
  2. 3² = 9 ✓. Aber Achtung, auch (−3)² = (−3) · (−3) = 9 ✓.
  3. C = {−3, 3}.

💡 Würden wir nur aus ℕ auswählen, gehörte die negative Zahl nicht dazu, und es käme {3} heraus. Der Zahlenbereich (ℕ oder ℤ) ist also genauso wichtig wie die Bedingung.


Die leere Menge

Es kann passieren, dass kein Ding die Bedingung erfüllt. Dann ist die Menge leer. Wir schreiben ∅.

Beispiele:

  • {x ∈ ℕ | x + 7 = 3} = ∅ — die Lösung wäre −4, und das ist keine natürliche Zahl,
  • {x ∈ ℤ | x² < 0} = ∅ — ein Quadrat ist nie negativ,
  • die Menge der Schülerinnen und Schüler deiner Klasse, die 3 Meter groß sind.

⚠️ Die leere Menge schreibt man ∅ oder { }, aber nicht {∅} und nicht {0}. Die Menge {0} ist nicht leer — sie hat ein Element, die Zahl Null.


Endliche und unendliche Mengen

  • Eine endliche Menge hat eine bestimmte Anzahl von Elementen: {1, 2, 3, 6} hat 4 Elemente. Die Anzahl der Elemente von A schreibt man |A|, also |A| = 4.
  • Eine unendliche Menge hat unendlich viele Elemente, zum Beispiel alle geraden Zahlen {2, 4, 6, 8, …}.

Eine unendliche Menge kann man nicht vollständig aufzählen. Beschreibend geht es aber leicht: {x ∈ ℕ | x ist gerade}.


Häufige Fehler

  • Grenze bei < und ≤: Bei „x < 5“ gehört 5 nicht dazu, bei „x ≤ 5“ schon.
  • Negative Zahlen vergessen: In ℤ muss man auch 0, −1, −2, … ausprobieren.
  • Negative Lösung vergessen: x² = 16 hat in ℤ zwei Lösungen, 4 und −4.
  • Elemente doppelt: {1, 1, 2} ist falsch geschrieben, richtig ist {1, 2}.
  • {0} als leere Menge: {0} hat ein Element, die leere Menge hat keins.

Kurz gesagt

  • Eine Menge ist eine Sammlung von Dingen, bei denen man eindeutig entscheiden kann, ob sie dazugehören.
  • x ∈ A: x gehört zu A. x ∉ A: x gehört nicht zu A.
  • Aufzählend: A = {1, 2, 3, 6}. Reihenfolge egal, nichts doppelt.
  • Beschreibend: A = {x ∈ ℕ | x ist ein Teiler von 6}. Die Elemente findet man durch Ausprobieren.
  • Die leere Menge ∅ hat kein Element.

Probier es selbst

  1. Gilt 7 ∈ {x ∈ ℕ | x ist ein Teiler von 21}?
  2. Zähle die Elemente von {x ∈ ℕ | x ist eine Primzahl, x < 12} auf.
  3. Zähle die Elemente von {x ∈ ℤ | −3 < x ≤ 1} auf.
  4. Zähle die Elemente von {x ∈ ℤ | |x| ≤ 2} auf.
  5. Gib die Menge {3, 6, 9, 12, 15} beschreibend an.
  6. Ist die Menge {x ∈ ℕ | 2x = 7} leer?

Lösungen

  1. Ja, 21 : 7 = 3, also 7 ∈ {x ∈ ℕ | x ist ein Teiler von 21}.
  2. {2, 3, 5, 7, 11}. Die 1 ist keine Primzahl.
  3. {−2, −1, 0, 1}. Die −3 gehört nicht dazu (dort steht „<“), die 1 schon (dort steht „≤“).
  4. {−2, −1, 0, 1, 2}. Der Betrag ist der Abstand von null.
  5. Zum Beispiel {x ∈ ℕ | x ist ein Vielfaches von 3, x ≤ 15}. Es gibt mehrere richtige Schreibweisen — wichtig ist, dass genau dieselben Elemente herauskommen.
  6. Ja. Die Lösung der Gleichung ist 3,5, und das ist keine natürliche Zahl.

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