容斥原理
1. 集合的划分
定义 将有限集合 X 表示为一组集合 A1,A2,⋯,An 的并集。且满足
i=1⋂nAi=∅
那么集族 φ={A1,A2,⋯,An} 为集合 X 的一个 完全划分。
那么,显然有
∣X∣=i=1∑n∣Ai∣(1)
对于不完全的划分,有
∣X∣<i=1∑n∣Ai∣(2)
2. 容斥公式
定理 1 设 Ai 为有限集,则
i=1⋃nAi=i=1∑n∣Ai∣−1⩽i<j⩽n∑∣Ai∩Aj∣+⋯+(−1)n−1i=1⋂nAi(3)
3. 筛法公式
推论 1 设 A 关于全集 U 的补集为 A,则 ∣A∣+A=∣U∣
推论 2 德·摩根定律
i=1⋂nAii=1⋃nAi=i=1⋃nAi=i=1⋂nAi
定理 2
i=1⋂nAi=i=1⋃nAi=∣U∣−i=1⋃nAi=∣U∣−i=1∑n∣Ai∣+1⩽i<j⩽n∑∣Ai∩Aj∣+⋯+(−1)ni=1⋂nAi