Ⅱ. 집합과 명제

🔵 집합

"묶어서 다루기" — 수학과 컴퓨터의 공통 언어

📋 대상을 하나로 묶다

💥 왜 배우나
집합은 "조건이 분명한 대상들의 모임"이다. 겉보기엔 단순하지만, 이 개념이 현대 수학 전체의 토대이자 데이터베이스·검색·확률의 언어다. "그리고(∩)·또는(∪)·아닌(ᶜ)"으로 세상을 걸러내는 법을 배운다.
🧩
게오르크 칸토어 — 집합론의 창시자
19세기 칸토어는 "무한에도 크기가 여러 개"라는 충격적 발견을 집합으로 증명했다. 처음엔 배척당했지만, 지금은 모든 수학이 집합 위에 세워진다. 벤다이어그램은 영국의 존 벤이 고안.

🔵 벤다이어그램 — 연산 관찰

버튼을 눌러 각 집합 연산이 벤다이어그램의 어느 영역인지 색으로 확인하자. 사각형은 전체집합 $U$.

✅ 연산의 뜻
합집합 $A \cup B$ = A 또는 B (적어도 하나). 교집합 $A \cap B$ = A 그리고 B (둘 다). 여집합 $A^c$ = A가 아닌 것($U$ 안에서). 차집합 $A - B$ = A이면서 B가 아닌 것.

📊 집합의 연산 법칙

✅ 드모르간 법칙
여집합을 나눠 쓸 때 부호가 뒤집힌다.
$(A \cup B)^c = A^c \cap B^c$  ·  $(A \cap B)^c = A^c \cup B^c$
말로: "합집합의 여집합 = 여집합의 교집합" (∪ ↔ ∩ 뒤바뀜).
✅ 원소의 개수
$n(A \cup B) = n(A) + n(B) - n(A \cap B)$.
겹치는 부분 $n(A \cap B)$ 를 두 번 세었으니 한 번 빼 준다. (포함·배제)
🔎 예제
어떤 반 30명 중 축구를 좋아하는 학생 18명, 농구를 좋아하는 학생 15명, 둘 다 좋아하는 학생 7명이면? 둘 중 하나라도 좋아하는 학생 $= 18 + 15 - 7 = 26$ 명. 둘 다 안 좋아하는 학생 $= 30 - 26 = 4$ 명.

부분집합·포함관계

A의 모든 원소가 B에 있으면 A는 B의 부분집합($A \subset B$). 원소 $n$ 개인 집합의 부분집합은 $2^n$ 개, 진부분집합은 $2^n - 1$ 개. 공집합 $\varnothing$ 은 모든 집합의 부분집합.
⚠️ $\in$ 과 $\subset$ — 원소인가, 부분집합인가
$a\in A$ 는 "$a$ 가 $A$ 의 원소로 나열되어 있다", $B\subset A$ 는 "$B$ 의 원소가 전부 $A$ 의 원소"다. 중괄호가 겹치면 원소를 또박또박 나열해 대조한다. 예: $A=\{\varnothing, 0, \{0\}\}$ 의 원소는 $\varnothing$, $0$, $\{0\}$ 셋 → $\varnothing\in A$ (참), $\varnothing\subset A$ (참, 공집합은 모든 집합의 부분집합), $\{0\}\in A$ (참), $\{0\}\subset A$ (참, $0\in A$ 이므로), $\{\varnothing\}\in A$ (거짓 — 그런 원소는 없다).
🔁 조건을 포함 관계·개수로 번역하기
$A\cup B=A \iff B\subset A$ (합집합이 한쪽과 같으면 그쪽이 큰 집합), $A\cap B=A \iff A\subset B$ (교집합이 한쪽과 같으면 그쪽이 작은 집합), $A\cap X=\varnothing$ 은 "$A$ 의 원소가 $X$ 에 없다".
부분집합의 개수: 원소 $n$ 개 중 $k$ 개를 반드시 넣고 $l$ 개를 반드시 빼면 $2^{\,n-k-l}$ (남는 원소를 나열해 센다).
$n(A\cap B)$ 의 최대·최소: 최대 $=\min(n(A),n(B))$ (작은 쪽이 큰 쪽에 포함될 때), 최소 $=n(A)+n(B)-n(U)$ (음수면 0).
배수의 집합 $A_k$: $A_4\cap A_6=A_{12}$ (최소공배수), 약수의 집합의 교집합은 최대공약수의 약수.

🌐 세상 속으로

📌 어른이 되어도 기억할 것
  1. $\cup$ = 또는(합집합), $\cap$ = 그리고(교집합), $^c$ = 아닌(여집합).
  2. $n(A \cup B) = n(A) + n(B) - n(A \cap B)$ — 겹친 건 한 번 뺀다.
  3. 드모르간: "아닌 것"을 나눌 땐 $\cup \leftrightarrow \cap$ 이 뒤바뀐다.
💡 인사이트 — 검색창의 논리
인터넷 검색의 AND·OR·NOT이 바로 교집합·합집합·여집합이다. 데이터베이스 질의(SQL), 스팸 필터, 추천 시스템이 전부 집합 연산으로 조건을 걸러 낸다. 집합은 컴퓨터가 세상을 분류하는 방식.
🎯 시장 세분화 — 고객을 집합으로 나누다
마케팅에서 "20대이면서 프리미엄 구매 이력이 있는 고객"을 찾는 것은 교집합 그 자체다 — "20대 고객" 집합과 "프리미엄 구매 고객" 집합을 모두 만족하는 사람만 좁혀 광고를 보낸다. 두 조건 중 하나라도 해당하면 넓게 잡는 건 합집합, 그 타겟 후보군에서 "이미 수신 거부한 고객"을 빼는 건 차집합이다. 기업이 "우리 고객은 누구인가"를 답하는 방식이 결국 집합 연산이다.
🤯 러셀의 역설 — 집합에도 구멍이 있다
"자기 자신을 원소로 포함하지 않는 모든 집합들의 모임"을 하나의 집합 $R$이라 하자. $R$은 스스로를 포함할까? 포함한다고 답해도 정의에 어긋나고, 포함하지 않는다고 답해도 정의에 어긋난다 — 어느 쪽으로도 답이 안 나온다. 20세기 초 버트런드 러셀이 발견한 이 역설은 "아무 조건이나 모아 집합을 만들 수는 없다"는 걸 보여주며 집합론 전체를 다시 세우게 만들었다. 완벽해 보이는 수학에도 이런 균열이 있다.
🏠 집합이 숨어 있는 곳
🔍
검색·필터
AND/OR/NOT = ∩∪ᶜ
🗄️
데이터베이스
조건으로 데이터 추출
🎲
확률
사건 = 집합, 개수 세기
🧮
디지털 논리
AND·OR·NOT 게이트
🏭 산업과 직업 — 조건으로 걸러내다
🗄️
데이터 엔지니어·DBA
수억 건 데이터를 집합 연산(조인·필터)으로 질의.
🎓 컴퓨터공학 · 데이터사이언스 · 통계
🔐
디지털 논리·반도체
AND·OR·NOT 게이트로 회로를 설계(불 대수).
🎓 전자 · 컴퓨터 · 반도체공학
📊
확률·통계·계리
사건을 집합으로 보고 경우의 수·확률을 계산.
🎓 통계 · 수학 · 보험계리

🔥 집합 퀴즈

문제 1 / 10점수 0 / 10

✅ 정리 — 집합 기호·법칙

기호뜻
$A \cup B$합집합 (또는)
$A \cap B$교집합 (그리고)
$A^c$여집합 (아닌)
$A - B$차집합 (A이면서 B 아님)
$A \subset B$부분집합
$n(A \cup B)$$n(A)+n(B)-n(A \cap B)$
🔑 한 줄 요약
집합은 조건이 분명한 모임. ∪(또는)·∩(그리고)·ᶜ(아닌) 로 걸러 내고, 개수는 겹친 걸 한 번 빼서 센다. 드모르간으로 "아닌 것"을 뒤집는다.

자가 점검

약점 태그

수학:집합수학:집합연산수학:드모르간수학:원소개수
➡️ 다음 단원
참·거짓을 따지는 문장으로 → 명제로. 공통수학2 허브로.