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数学
题目

记 P(A) 为集合 A 的幂集,下列结论正确的有()。A. |A| = 2^|P(A)|B. P(A) = 2^|A|C. |P(A)| = 2^|A|D. |P(A)| geq |A|

记 $P(A)$ 为集合 $A$ 的幂集,下列结论正确的有()。

A. $\left|A\right| = 2^{\left|P(A)\right|}$

B. $P(A) = 2^{\left|A\right|}$

C. $\left|P(A)\right| = 2^{\left|A\right|}$

D. $\left|P(A)\right| \geq \left|A\right|$

题目解答

答案

答案:CD

解析:

  • 选项A: $ |A| = 2^{|P(A)|} $
    幂集 $P(A)$ 的基数为 $2^{|A|}$,即 $|P(A)| = 2^{|A|}$,与选项A的等式不符,错误。

  • 选项B: $ P(A) = 2^{|A|} $
    $P(A)$ 是集合,而 $2^{|A|}$ 是数值,两者无法相等,错误。

  • 选项C: $ |P(A)| = 2^{|A|} $
    根据幂集定义,集合 $A$ 的幂集 $P(A)$ 的基数为 $2^{|A|}$,正确。

  • 选项D: $ |P(A)| \ge |A| $
    由选项C知 $|P(A)| = 2^{|A|}$,且对于任意非负整数 $n$,$2^n \ge n$ 恒成立,正确。

结论: 正确选项为CD。
$\boxed{CD}$

解析

本题主要考查集合的幂集以及幂集基数的相关知识。解题的关键在于理解幂集的定义,明确幂集基数与原集合基数之间的关系,然后据此对每个选项进行分析判断。

选项A分析

已知幂集的性质,对于集合$A$,其幂集$P(A)$的基数$\vert P(A)\vert$满足$\vert P(A)\vert = 2^{\vert A\vert}$。
而选项A给出的等式是$\vert A\vert = 2^{\vert P(A)\vert}$,将$\vert P(A)\vert = 2^{\vert A\vert}$代入该等式右边可得$2^{2^{\vert A\vert}}$,显然$\vert A\vert\neq 2^{2^{\vert A\vert}}$,所以选项A错误。

选项B分析

$P(A)$表示集合$A$的幂集,它是一个由集合$A$的所有子集构成的集合,是集合的范畴。
而$2^{\vert A\vert}$是一个数值,它表示集合$A$的幂集$P(A)$中元素的个数,即幂集的基数。集合和数值是不同类型的对象,不能直接相等,所以选项B错误。

选项C分析

根据幂集的定义,若集合$A$中有$n$个元素,即$\vert A\vert = n$,那么从$n$个元素中选取$0$个元素组成子集的方法有$C_{n}^0$种,选取$1$个元素组成子集的方法有$C_{n}^1$种,以此类推,选取$n$个元素组成子集的方法有$C_{n}^n$种。
根据二项式定理$(a + b)^n = C_{n}^0a^n b^0 + C_{n}^1a^{n - 1}b^1 + \cdots + C_{n}^n a^0 b^n$,当$a = b = 1$时,$(1 + 1)^n = C_{n}^0 + C_{n}^1 + \cdots + C_{n}^n = 2^n$。
这意味着集合$A$的子集个数为$2^n$,也就是幂集$P(A)$中元素的个数为$2^n$,即$\vert P(A)\vert = 2^{\vert A\vert}$,所以选项C正确。

选项D分析

由选项C可知$\vert P(A)\vert = 2^{\vert A\vert}$,设$n = \vert A\vert$,$n$为非负整数。
当$n = 0$时,$2^0 = 1$,$1\gt 0$;当$n = 1$时,$2^1 = 2$,$2\gt 1$;当$n = 2$时,$2^2 = 4$,$4\gt 2$;当$n\geq 3$时,通过数学归纳法可以证明$2^n\gt n$。
综上,对于任意非负整数$n$,$2^n\geq n$恒成立,即$\vert P(A)\vert \geq \vert A\vert$,所以选项D正确。

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