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Bachillerato

Intervalos, unión e intersección

Un intervalo reúne todos los números reales de una zona de la recta. Para unir dos intervalos buscamos dónde aparece al menos uno. Para intersectarlos buscamos dónde aparecen los dos a la vez. Primero aprenderemos a leer cada extremo; después haremos ambas operaciones sobre el mismo dibujo.

1. El trazo incluye todos los reales; el extremo tiene su propia regla

Para a<b, (a,b) significa a<x<b: ambos extremos quedan fuera. [a,b] significa a≤x≤b: ambos entran. En [a,b) solo entra a; en (a,b] solo entra b. Un punto lleno marca inclusión y uno vacío exclusión.

Entre dos extremos están también decimales y fracciones, no solo enteros. La coma del intervalo separa extremos; si usamos coma decimal, podemos separarlos con punto y coma para evitar confusión.

Comprobar un extremo y un punto intermedio

I=(−1,2].

  1. −1

    No pertenece porque el paréntesis lo excluye.

  2. 2

    Sí pertenece porque el corchete lo incluye.

  3. 1/2

    Sí pertenece: −1<1/2≤2.
Resultado

Cada número se decide con las desigualdades, no con que sea entero.

Lo comprobamos

El punto 2,1 queda fuera porque supera la cota superior.

Leer decimales sin confundir separadores

I=[−0,5;1,2), escrito con coma decimal.

  1. Significado

    −0,5≤x<1,2.
  2. Pertenecen

    −0,5 y 0,7 sí cumplen esas condiciones.

  3. No pertenece

    1,2 coincide con el extremo abierto.

Resultado

El punto y coma separa aquí los dos extremos.

Lo comprobamos

No se interpreta como una lista de cuatro números.

2. Infinito no es un extremo incluido; a veces queda un punto o nada

(−∞,b] describe x≤b y (a,∞) describe x>a.

Junto a ∞ siempre escribimos paréntesis porque no es un número real que pueda pertenecer. Toda ℝ es (−∞,∞).

[a,a]={a}: es un intervalo degenerado de un punto.

Si se excluye a por cualquiera de sus lados, queda vacío. También se obtiene vacío si las restricciones exigen estar a la vez por encima de una cota mayor y por debajo de otra menor.

Una sola cota y un lado sin límite

I=(−∞,−2].

  1. Condición

    x≤−2.
  2. Ejemplos

    −10 y −2 pertenecen; −1 no.

  3. Infinito

    No hay un «primer real» −∞ dentro del conjunto.

Resultado

El corchete solo puede aplicarse aquí al extremo real −2.

Lo comprobamos

Se pueden tomar números arbitrariamente negativos sin incluir un infinito.

Punto frente a conjunto vacío

Comparamos [3,3], (3,3] y la condición 5≤x≤2.

  1. Un punto

    [3,3]={3} porque 3≤x≤3 obliga a x=3.
  2. Extremo excluido

    (3,3] exigiría 3<x≤3: imposible.
  3. Orden inverso

    5≤x≤2 también es imposible.
Resultado

Puede quedar un singleton o el vacío; no se dibuja siempre un segmento positivo.

Lo comprobamos

Un singleton sí es un intervalo degenerado.

3. Unión significa pertenecer a uno, al otro o a ambos

x pertenece a A∪B si pertenece a A o a B. El «o» es inclusivo: los puntos que están en ambos también entran. En el dibujo basta que haya al menos una de las líneas originales sobre esa posición.

Usaremos A=[−2,3) y B=(1,5].

Dibujamos las dos filas sobre la misma escala. Su zona cubierta va de −2 a 5 sin hueco, y ambos extremos exteriores pertenecen a alguno de los intervalos.

Recorrer la cobertura de dos intervalos solapados

A=[−2,3), B=(1,5].

  1. Izquierda

    Desde −2 hasta 1 cubre A; −2 entra.

  2. Zona común y derecha

    Entre 1 y 3 cubren ambos; desde 3 hasta 5 cubre B. El 3 sí está en B.

  3. Unir

    A∪B=[−2,5].

    El punto 1 también está cubierto por A.

Resultado

No hace falta pertenecer a las dos filas para estar en la unión.

Lo comprobamos

Los extremos interiores abiertos de una fila pueden estar cubiertos por la otra.

Dos intervalos que solo se tocan

[−1,1]∪(1,4).

  1. Contacto

    El primer intervalo sí contiene 1.

  2. Cobertura

    A la izquierda y a la derecha de 1 hay números cubiertos.

  3. Extremos

    −1 entra y 4 no: la unión es [−1,4).

Resultado

Con al menos una inclusión del punto de contacto se puede unir sin hueco.

Lo comprobamos

No se exige que ambos intervalos incluyan ese punto.

4. Un hueco no se rellena por unir los extremos exteriores

Si una zona no pertenece a ninguno de los conjuntos, tampoco pertenece a su unión. Cuando hay separación se conservan varias piezas. No se une un extremo exterior con el otro añadiendo números nuevos.

El punto de contacto se comprueba aunque no haya un hueco de longitud positiva
Un punto puede impedir la unión(0,2) ∪ (2,4)024[0,2] ∪ (2,4)024Falta solo el punto 2.2 sí está en la primera pieza.Ahora la unión es [0,4).No añadimos puntos que faltaban.
Dos rectas con la misma escala de cero a cuatro. Arriba, la unión de cero dos abierto con dos cuatro abierto excluye el punto dos de ambas piezas; su círculo central vacío indica ese único punto ausente y por eso no es el intervalo cero cuatro abierto. Abajo, la primera pieza incluye cero y dos, mientras la segunda sigue excluyendo dos y cuatro. El punto dos lleno está cubierto por la primera y permite fusionar la cobertura como cero cuatro, cerrado en cero y abierto en cuatro. El tamaño del círculo es un símbolo de pertenencia, no un hueco de longitud positiva.

También importa un hueco de un solo punto. (0,2)∪(2,4) no contiene 2, aunque incluya números tan próximos a él como queramos por ambos lados. Esa ausencia impide escribirlo como (0,4).

Un hueco de longitud positiva

[−3,−1]∪[2,4].

  1. Piezas

    Se conserva la zona de −3 a −1 y la de 2 a 4.

  2. Control

    0 no pertenece a ninguna.

  3. No fusionar

    [−3,4] incluiría 0 y muchos números que no estaban.

Resultado

La respuesta mantiene dos intervalos separados.

Lo comprobamos

La unión no significa completar todo lo que hay entre ellos.

Cambiar un punto cambia el resultado

Comparamos (0,2)∪(2,4) con [0,2]∪(2,4).

  1. Primer caso

    2 queda fuera de ambos: sigue habiendo dos piezas.

  2. Segundo

    2 pertenece al primer intervalo y ya no falta ese punto.

  3. Unir el segundo

    El resultado es [0,4), incluyendo 0 y excluyendo 4.

Resultado

Cercanía y pertenencia no son la misma cosa.

Lo comprobamos

Un círculo vacío en ambos intervalos deja el punto fuera de la unión.

5. Intersección significa cumplir las dos restricciones a la vez

x pertenece a A∩B solo si está en A y en B. Sobre las rectas, buscamos las posiciones cubiertas en ambas filas. La cota inferior efectiva es la mayor y la superior la menor; después revisamos si sus extremos pertenecen a los dos conjuntos.

Las dos preguntas usan las mismas filas y la misma escala
Mismos conjuntos, dos operaciones-2135AB∩∪A∩B=(1,3)A∪B=[−2,5]En ∩ tienen que estar en ambos.
Cuatro filas de recta con la misma escala de treinta unidades de dibujo por unidad real. A es menos dos tres, cerrado en menos dos y abierto en tres. B es uno cinco, abierto en uno y cerrado en cinco. La tercera fila muestra la intersección, uno tres abierto en ambos extremos, porque uno falla en B y tres falla en A. La última reúne la unión, menos dos cinco cerrado en ambos extremos. Los puntos uno y tres sí están en la unión por la cobertura de la otra fila. Los círculos llenos incluyen un punto y los vacíos lo excluyen; cada segmento contiene también todos los reales no enteros intermedios.

Si la cota inferior es menor que la superior, queda un tramo. Si coinciden, queda ese punto solo cuando ambos lo incluyen. Si la inferior supera la superior, la intersección es vacía.

Ahora intersectamos los mismos intervalos de la unión

A=[−2,3) y B=(1,5].

  1. Cotas

    Se necesita x>1 para B y x<3 para A.
  2. Extremos

    1 falla en B y 3 falla en A; ambos quedan fuera.

  3. Resultado

    A∩B=(1,3); por ejemplo 2,5 pertenece a las dos filas.

Resultado

La unión era [−2,5], pero la intersección conserva solo lo común.

Lo comprobamos

No se decide un corchete por una sola fila: deben cumplirlo todas.

El contacto puede ser punto o vacío

Comparamos [−2,3]∩[3,7] con [−2,3)∩[3,7].

  1. Primer caso

    3 pertenece a ambos y ningún otro número puede estar a los dos lados: resultado {3}=[3,3].

  2. Segundo

    3 queda fuera del primer intervalo: resultado ∅.

  3. Separación

    Si usamos (−∞,1)∩[2,3], tampoco hay punto común porque x<1 y x≥2 son incompatibles.

Resultado

Mirar solo que las cotas se tocan no basta.

Lo comprobamos

La inclusión del contacto se comprueba en todos los intervalos.

6. Complemento y diferencia necesitan saber qué universo usamos

El complemento Aᶜ en un universo U reúne los elementos de U que no están en A. En ℝ, el complemento de un intervalo acotado suele tener dos piezas exteriores.

Al negar x<a aparece x≥a; al negar x≤a aparece x>a.

La diferencia A∖B conserva los puntos de A que no están en B: A∖B=A∩Bᶜ, con el mismo universo. No intercambiamos los conjuntos: quitar B de A no suele dar lo mismo que quitar A de B.

El mismo A, dos universos

A=[−1,2).

  1. En ℝ

    Aᶜ=(−∞,−1)∪[2,∞).

    −1 estaba dentro y sale; 2 estaba fuera y entra.

  2. En U=[−2,4]

    El complemento relativo es [−2,−1)∪[2,4].

  3. Comparar

    No se añaden números fuera de U en el segundo caso.

Resultado

El universo forma parte de la respuesta.

Lo comprobamos

No se cambian los corchetes sin comprobar qué desigualdad se niega.

Quitar un intervalo de otro

C=[−2,6], D=(0,3].

  1. Mantener

    C∖D solo puede contener puntos de C.

  2. Contacto

    0 se queda porque D no lo contiene; 3 se elimina porque sí está en D.

  3. Resultado

    C∖D=[−2,0]∪(3,6].
Resultado

El resultado puede dividirse aunque C fuera un solo intervalo.

Lo comprobamos

D∖C es vacío aquí y por eso no coincide con C∖D.

7. Negar una unión y negar una intersección son operaciones diferentes

No estar en A∪B significa no estar en A y tampoco en B.

Por eso (A∪B)ᶜ=Aᶜ∩Bᶜ.

En cambio, no estar en A∩B solo pide que falle alguna de las dos pertenencias: (A∩B)ᶜ=Aᶜ∪Bᶜ.

Son las leyes de De Morgan. Ambas usan complementos en el mismo universo. Podemos entenderlas con una pregunta sobre cada número antes de memorizar símbolos.

Negar «al menos una» exige fallar ambas

A=[0,2], B=[1,3], universo ℝ.

  1. Unión

    A∪B=[0,3].
  2. Fuera

    Su complemento es (−∞,0)∪(3,∞).

  3. Condición

    Es exactamente estar fuera de A y fuera de B a la vez; 1,5 no cumple ninguna de esas exclusiones.

Resultado

El complemento de la unión es la intersección de complementos.

Lo comprobamos

El punto 0 o el 3 no está en ese complemento porque sí pertenece a la unión.

Negar «ambas» solo exige fallar alguna

Los mismos A y B.

  1. Intersección

    A∩B=[1,2].
  2. Fuera

    Su complemento es (−∞,1)∪(2,∞).

  3. Ejemplo

    0,5 pertenece a A, pero no a B: por eso no pertenece a la intersección y sí a su complemento.

Resultado

No hace falta estar fuera de los dos para estar fuera de la intersección.

Lo comprobamos

Esto explica por qué aparece una unión de complementos.

8. Menor real, ínfimo y menor entero no son la misma pregunta

En (a,b) con a<b no hay menor ni mayor real: desde cualquier punto se puede avanzar hacia un extremo sin alcanzarlo. a es el ínfimo, la mayor cota inferior; b el supremo, la menor cota superior. En [a,b] sí se alcanzan y son mínimo y máximo.

Buscar solo enteros restringe el conjunto. Un extremo entero abierto no cuenta y se prueba el siguiente hacia dentro. Un intervalo con muchos reales puede no contener ningún entero.

Un extremo incluido y el otro abierto

I=[2,5).

  1. Reales

    Mínimo real 2; no hay máximo real. El supremo es 5.

  2. Enteros

    Son 2,3,4.

  3. Máximo entero

    Es 4, aunque no haya máximo real.

Resultado

El tipo de número buscado cambia la respuesta.

Lo comprobamos

No se informa 5 como elemento de I porque está excluido.

Un intervalo sin enteros y sin extremos reales alcanzados

I=(2,3).

  1. Enteros

    Ni 2 ni 3 entran y no hay otro entero entre ellos.

  2. Sin mínimo

    Para cualquier x∈I, (2+x)/2 sigue en I y es menor.
  3. Sin máximo

    (x+3)/2 sigue en I y es mayor; ínfimo 2 y supremo 3.

Resultado

Hay infinitos reales, pero ningún entero y ningún mínimo ni máximo real.

Lo comprobamos

Las cotas pueden existir sin pertenecer al conjunto.

9. Comprueba zonas y extremos antes de escribir la respuesta final

Primero traducimos cada intervalo a desigualdades. Después identificamos si la operación pide «o» o «y», dibujamos sobre una escala común y revisamos regiones y extremos. Un número del posible hueco es un control útil contra una fusión incorrecta.

Unión e intersección son conmutativas y asociativas; se pueden ordenar y agrupar sus piezas sin cambiar el conjunto.

Con complemento relativo a U se cumplen A∩Aᶜ=∅ y A∪Aᶜ=U.

Esas identidades sirven para revisar el alcance de una respuesta.

Una comprobación de pertenencia detecta una unión inventada

Se propone que [0,1]∪[3,5]=[0,5].

  1. Punto de control

    2 pertenece al resultado propuesto [0,5].

  2. Originales

    2 no está en [0,1] ni en [3,5].

  3. Corregir

    Se mantiene [0,1]∪[3,5], con su hueco.

Resultado

Una sola pertenencia distinta basta para refutar la igualdad de conjuntos.

Lo comprobamos

Comprobar solo los extremos exteriores no habría detectado el fallo.

El complemento vuelve al universo elegido

U=[−2,4] y A=[−1,2).

  1. Separar

    Cada punto de U está en A o en su complemento relativo, pero no en ambos.

  2. Unir

    A∪Aᶜ=U=[−2,4].
  3. Intersectar

    A∩Aᶜ=∅.
Resultado

La identidad no produce toda ℝ cuando U es menor.

Lo comprobamos

Se conserva el mismo universo durante todas las operaciones.

Ahora lo resolvemos de principio a fin.

EJEMPLO RESUELTO 1

Unión con contacto

Halla [−1,2]∪(2,5).

  1. Operación

    [−1,2]∪(2,5) pide estar en al menos uno.

  2. Primera pieza

    Incluye desde −1 hasta 2, ambos incluidos.

  3. Contacto

    2 pertenece a la primera, aunque la segunda lo excluya.

  4. Segunda pieza

    Cubre los números mayores que 2 y menores que 5.

  5. Resultado

    No hay hueco: [−1,5).

  6. Comprobar

    −1 entra y 5 no pertenece a ninguno.

Resultado

[−1,5).

Lo comprobamos

2 está cubierto por el primer conjunto.

EJEMPLO RESUELTO 2

Intersección sin contacto

Halla (−∞,3)∩[3,8].

  1. Operación

    (−∞,3)∩[3,8] pide pertenecer a los dos.

  2. Primera condición

    x<3.
  3. Segunda

    3≤x≤8.
  4. Contacto

    El único posible contacto sería 3, excluido por la primera.

  5. Resultado

    No hay soluciones: conjunto vacío.

  6. Comprobar

    Ningún real puede cumplir x<3 y x≥3 simultáneamente.
Resultado

Conjunto vacío.

Lo comprobamos

El valor de contacto 3 no pertenece al primer intervalo.

Los símbolos que hemos usado

x∈A
El número x pertenece al conjunto A.
A∪B
Unión: números que están en A o en B, o en ambos.
A∩B
Intersección: números que están simultáneamente en A y B.
∅
Conjunto vacío, sin elementos.
ℝ
Conjunto de los números reales, que será el universo usual.
Aᶜ
Complementario de A dentro del universo declarado.
±∞
Símbolos de ausencia de cota, que no son números reales.
A∖B
Diferencia: elementos de A que no pertenecen a B.
U
Universo declarado: todos los elementos entre los que se calcula un complemento.
Ínfimo y supremo
La cota inferior más ajustada y la superior más ajustada; no necesitan pertenecer al conjunto.

Ahora te toca a ti.

Tienes cinco ejercicios. Inténtalos; las pistas te ayudan si te atascas.

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