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輸入計算

數學公式

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結果

子集數量 |P(S)|
8
= 2^3
集合基數 (n) 3
冪集大小 8
列出的子集 8
{} {a} {b} {a, b} {c} {a, c} {b, c} {a, b, c}

什麼是冪集?

集合 S 的冪集(記作 P(S))是指 S 所有子集所組成的集合——從空集合 ∅ 一直到 S 本身都包含在內。舉例來說,{a, b} 的冪集就是 { {}, {a}, {b}, {a, b} }。這款冪集計算器可以幫你算出一個集合共有多少個子集,若集合不大,還會把每一個子集都逐一列出來。

一個三元素集合,其八個子集分支展開,包括空集
3 個元素的集合的冪集包含全部 8 個可能的子集,包括空集。

公式說明

如果集合 S 有 \(n\) 個相異元素(即其基數 \(|S| = n\)),那麼子集的數量恰好是 \(2^{n}\) 個。$$\left| \mathcal{P}(S) \right| = 2^{n}, \quad n = \left| \text{Distinct Elements} \right|$$道理其實很直觀:對於每一個元素,你都要做一次獨立的二選一決定——把它放進子集,或是把它排除在外。當你有 \(n\) 次獨立的「是/否」選擇時,總共會產生 \(2 \times 2 \times \ldots \times 2 = 2^{n}\) 種不同的組合,而每一種組合就對應到一個子集。

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示意圖顯示 2 的 n 次方等於子集數量,每個元素都有「是」或「否」的選擇
每個元素要麼在子集中,要麼不在,每個元素有 2 種選擇,共 \(2^{n}\) 個子集。

計算器使用方式

輸入集合中的各個元素,並以逗號分隔(例如 1, 2, 3red, green, blue)。重複輸入的元素會自動被忽略,因為集合中只會保留相異的元素。接著選擇是否要列出完整的子集清單——只有元素數量在 12 個(含)以下的集合才會顯示清單,因為 \(2^{13}\) 就已經超過 8,000 個子集了。

範例演算

假設 S = {a, b, c},則 \(n = 3\)。子集數量為 \(2^{3} = 8\) 個,分別是:{}、{a}、{b}、{c}、{a, b}、{a, c}、{b, c} 以及 {a, b, c}。請注意,空集合與整個集合本身都包含在內——這正是「集」的關鍵特徵。

常見問題

空集合一定會包含在內嗎? 會的。任何冪集都一定包含空集合 ∅,以及原集合 S 本身。

空集合的冪集是什麼? 它有 \(2^{0} = 1\) 個元素,也就是 { {} }——一個只包含空集合的集合。

為什麼大型集合不列出子集? 一個有 20 個元素的集合,子集數量就超過一百萬個,要全部顯示出來並不實際。不過無論集合大小,子集總數(\(2^{n}\))都一定會顯示。

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