人教a版必修一：第一章《集合与函数概念》章末总结(含答案)

第一章集合与函数概念章末复习课知识概览对点讲练分类讨论思想在集合中的应用分类讨论思想是高中的重要数学思想之一，分类讨论思想在与集合概念的结合问题上，主要是以集合作为一个载体，与集合中元素结合加以考查，解决此类问题关键是要深刻理解集合概念，结合集合中元素的特征解决问题．1．由集合的互异性决定分类【例1】设A＝{－4,2a－1，a2}，B＝{9，a－5,1－a}，已知A∩B＝{9}，则实数a＝________.分析由A∩B＝{9}知集合A与B中均含有9这个元素，从而分类讨论得到不同的a 的值，注意集合中元素互异性的检验．答案－3解析由A∩B＝{9}，得2a－1＝9，或a2＝9，解得a＝5,3，－3.当a＝5时，A＝{－4,9,25}，B＝{9,0，－4}，A ∩B ＝{9，－4}，与A ∩B ＝{9}矛盾；当a ＝3时，a －5＝－2,1－a ＝－2，B 中元素重复，舍去； 当a ＝－3时，A ＝{－4，－7,9}，B ＝{9，－8,4}，满足题设． ∴a ＝－3.规律方法 (1)本题主要考查了分类讨论的思想在集合中的具体运用，同时应该注意集合中元素的互异性在集合元素的确定中起重要作用．(2)本题在解题过程中易出现的错误：①分类讨论过于复杂；②不进行检验，导致出现增根；③分类讨论之后没有进行总结．变式迁移1 全集S ＝{2,3，a 2＋2a －3}，A ＝{|2a ＋11|,2}，∁S A ＝{5}，求实数a 的值． 解 因为∁S A ＝{5}，由补集的定义知，5∈S ，但5∉A. 从而a 2＋2a －3＝5，解得a ＝2或a ＝－4. 当a ＝2时，|2a ＋11|＝15∉S ，不符合题意； 当a ＝－4时，|2a ＋11|＝3∈S.故a ＝－4. 2．由空集引起的讨论【例2】 已知集合A ＝{x|－2≤x ≤5}，集合B ＝{x|p ＋1≤x ≤2p －1}，若A ∩B ＝B ，求实数p 的取值范围．解 ∵A ∩B ＝B ，∴B ⊆A ， (1)当B ＝∅时，即p ＋1>2p －1， 故p<2，此时满足B ⊆A ；(2)当B ≠∅时，又B ⊆A ，借助数轴表示知 ⎩⎪⎨⎪⎧p ＋1≤2p －1－2≤p ＋12p －1≤5，故2≤p ≤3.由(1)(2)得p ≤3.规律方法 解决这类问题常用到分类讨论的方法．如A ⊆B 即可分两类：(1)A ＝∅；(2)A ≠∅.而对于A ≠∅又可分两类：①A B ；②A ＝B.从而使问题得到解决．需注意A ＝∅这种情况易被遗漏．解决含待定系数的集合问题时，常常会引起讨论，因而要注意检验是否符合全部条件，合理取舍，谨防增解．变式迁移2 已知集合A ＝{x|x 2－3x ＋2＝0}，集合B ＝{x|mx －2＝0}，若B ⊆A ，求由实数m 构成的集合．解 A ＝{x|x 2－3x ＋2＝0}＝{1,2} 当m ＝0时，B ＝∅，符合B ⊆A ；当m ≠0时，B ＝{x|x ＝2m }，由B ⊆A 知，2m ＝1或2m＝2.即m ＝2或m ＝1.故m 所构成的集合为{0,1,2}．数形结合思想在函数中的应用数形结合是本章最重要的数学思想方法，通过画出函数的图象，使我们所要研究的问题更加清晰，有助于提高解题的速度和正确率． 【例3】 设函数f(x)＝x 2－2|x|－1 (－3≤x ≤3)， (1)证明f(x)是偶函数； (2)画出这个函数的图象；(3)指出函数f(x)的单调区间，并说明在各个单调区间上f(x)是增函数还是减函数； (4)求函数的值域．(1)证明 f(－x)＝(－x)2－2|－x|－1＝x 2－2|x|－1＝f(x)， 即f(－x)＝f(x)，∴f(x)是偶函数． (2)解 当x ≥0时，f(x)＝x 2－2x －1＝(x －1)2－2，当x<0时，f(x)＝x 2＋2x －1＝(x ＋1)2－2，即f(x)＝⎩⎪⎨⎪⎧(x －1)2－2(0≤x ≤3)(x ＋1)2－2 (－3≤x<0). 根据二次函数的作图方法，可得函数图象如图． (3)解 函数f(x)的单调区间为[－3，－1)，[－1,0)，[0,1)，[1,3]．f(x)在区间[－3，－1)和[0,1)上为减函数， 在[－1,0)，[1,3]上为增函数．(4)解 当x ≥0时，函数f(x)＝(x －1)2－2的最小值为－2，最大值为f(3)＝2； 当x<0时，函数f(x)＝(x ＋1)2－2的最小值为－2，最大值为f(－3)＝2. 故函数f(x)的值域为[－2,2]．规律方法 函数的图象是函数的重要表示方法，它具有明显的直观性，通过函数的图象能够掌握函数重要的性质，如单调性、奇偶性等．反之，掌握好函数的性质，有助于图象正确的画出．变式迁移3 当m 为何值时，方程x 2－4|x|＋5＝m 有4个互不相等的实数根？解 令f(x)＝x 2－4|x|＋5，则f(x)＝⎩⎪⎨⎪⎧x 2－4x ＋5， x ≥0，x 2＋4x ＋5， x<0，那么原问题转化为探求m 为何值时，函数f(x)的图象与直线y ＝m 有4个交点．作出f(x)的图象，如图所示．由图象可知，当1<m<5时，f(x)的图象与y ＝m 有4个交点，即方程x 2－4|x|＋5＝m 有4个互不相等的实根．等价转化思想的应用数学问题中，已知条件是结论成立的保证．但有的问题已知条件和结论之间距离比较大，难以解出．因此，如何将已知条件经过转化，逐步向所求结论靠拢，是解题过程中经常要做的工作．变更条件就是利用与原条件等价的条件去代替，使得原条件中隐含的因素显露出来，使各种关系明朗化，从而缩短已知条件和结论之间的距离，找出它们之间的内在联系，以便应用数学规律、方法将问题解决．【例4】 对任意x ∈[1，＋∞)，不等式x 2＋2x －a>0恒成立．求实数a 的取值范围． 解 方法一 由已知x ∈[1，＋∞)，x 2＋2x －a>0恒成立， 即a<x 2＋2x ，x ∈[1，＋∞)恒成立． 令g(x)＝x 2＋2x ，x ∈[1，＋∞)，则原问题可转化为a 小于g(x)在[1，＋∞)上的最小值． ∵g(x)＝(x ＋1)2－1，图象的对称轴为x ＝－1， ∴函数g(x)在[1，＋∞)上是增函数， ∴x ＝1时，g(x)取最小值g(1)＝3.∴a<3. 即所求a 的取值范围是(－∞，3)．方法二 当x ∈[1，＋∞)时，x 2＋2x －a>0恒成立，令f(x)＝x 2＋2x －a ，x ∈[1，＋∞)， 则有x ∈[1，＋∞)时，f(x)>0恒成立， f(x)＝(x ＋1)2－a －1，x ∈[1，＋∞)，∴f(x)min ＝f(1)＝3－a ，问题转化为3－a>0， 即a<3.∴所求a 的取值范围为(－∞，3)．规律方法 本题关键是将不等式恒成立问题转化为求函数最值问题，即f(x)>a 恒成立⇔f(x)min >a ，f(x)<a 恒成立⇔f(x)max <a.变式迁移4 已知函数f(x)＝mx 2＋mx ＋1的定义域为R ，求m 的取值范围．解 f (x )＝mx 2＋mx ＋1的定义域为R ，即等价于x ∈R 时，mx 2＋mx ＋1≥0恒成立． 当m ＝0时，1≥0满足要求，当m ≠0时，则⎩⎪⎨⎪⎧m >0Δ＝m 2－4m <0，解得：0<m <4. 综上，m 的取值范围为[0,4)．数学思想方法是从数学内容中提炼出来的数学知识的精髓，是将知识转化为能力的桥梁．在日常学习中，同学们要注意数学思想方法在解题中的运用，要增强运用数学思想方法解决问题的意识，从而迅速找到解题思想或简化解题过程．课时作业一、选择题1．设集合S ＝{x ||x －2|>3}，T ＝{x |a <x <a ＋8}，S ∪T ＝R ，则a 的取值范围是( ) A ．－3<a <－1 B ．－3≤a ≤－1 C ．a ≤－3或a ≥－1 D ．a <－3或a >－1 答案 A解析 ∵|x －2|>3，∴x >5或x <－1. ∴S ＝{x |x >5或x <－1}．又T ＝{x |a <x <a ＋8}，S ∪T ＝R ， ∴⎩⎪⎨⎪⎧a ＋8>5，a <－1. ∴－3<a <－1. 2．若偶函数f (x )在区间(－∞，－1]上是增函数，则( )A ．f ⎝⎛⎭⎫－32<f (－1)<f (2)B ．f (－1)<f ⎝⎛⎭⎫－32<f (2) C ．f (2)<f (－1)<f ⎝⎛⎭⎫－32 D ．f (2)< f 3-2⎛⎫ ⎪⎝⎭<f (－1) 答案 D解析 由f (x )是偶函数， 得f (2)＝f (－2)，又f (x )在区间(－∞，－1]上是增函数，且－2<－32<－1，则f (－2)＝f (2)<f ⎝⎛⎭⎫－32<f (－1)． 3．如果奇函数f (x )在区间[1,5]上是减函数，且最小值为3，那么f (x )在区间[－5，－1]上是( )A ．增函数且最小值为3B ．增函数且最大值为3C ．减函数且最小值为－3D ．减函数且最大值为－3 答案 D解析 当－5≤x ≤－1时1≤－x ≤5，∴f (－x )≥3，即－f (x )≥3. 从而f (x )≤－3，又奇函数在原点两侧的对称区间上单调性相同， 故f (x )在[－5，－1]是减函数．故选D.4．定义在区间(－∞，＋∞)的奇函数f (x )为增函数，偶函数g (x )在区间[0，＋∞)的图象与f (x )的图象重合，设a <b <0，给出下列不等式：①f (b )－f (－a )>g (a )－g (－b )；②f (b )－f (－a )<g (a )－g (－b )； ③f (a )－f (－b )>g (b )－g (－a )；④f (a )－f (－b )<g (b )－g (－a )． 其中成立的是( )A ．①④B ．②③C ．①③D ．②④ 答案 D解析 本题采用特值法求解．不妨取符合题意的函数f (x )＝x 及g (x )＝|x |，进行比较或由g (x )＝⎩⎪⎨⎪⎧f (x )， x ≥0，f (－x )， x <0，f (0)＝0，f (a )<f (b )<0，f (－a )>f (－b )>0得出．5．已知y ＝f (x )与y ＝g (x )的图象如图所示，则函数F (x )＝f (x )·g (x )的图象可以是( )答案 A解析 由图象可知函数y ＝f (x )与y ＝g (x )均为奇函数． f (－x )＝－f (x )，g (－x )＝－g (x )，F (x )＝f (x )·g (x )＝[－f (－x )]·[－g (－x )]＝F (－x )．所以函数F (x )＝f (x )·g (x )为偶函数．注意到函数y ＝f (x )的图象在y 轴右侧部分先小于0后大于0，而函数y ＝g (x )在右侧部分恒大于0，满足以上条件的只有A. 二、填空题 6．设全集U ＝{2,3，a 2＋2a －3}，A ＝{|2a －1|,2}，∁U A ＝{5}，则实数a 的值为________． 答案 2解析 ∵∁U A ＝{5}，∴5∈U 且5∉A . ∴a 2＋2a －3＝5，解得a ＝2或a ＝－4. 当a ＝2时，|2a －1|＝3≠5且3∈U ， 当a ＝－4时，|2a －1|＝9≠5，但是9∉U . 故a 的值为2.7．已知f (x )在R 上是奇函数，且满足f (x ＋4)＝f (x )，当x ∈(0,2)时，f (x )＝2x 2，则f (7)＝______. 答案 －2解析 f (x ＋4)＝f (x )，∴f (7)＝f (3＋4)＝f (3)＝f (－1＋4)＝f (－1)＝－f (1)＝－2×12＝－2. 8．有下列四个命题：①函数f (x )＝|x ||x －2|为偶函数；②函数y ＝x －1的值域为{y |y ≥0}；③已知集合A ＝{－1,3}，B ＝{x |ax －1＝0，a ∈R }，若A ∪B ＝A ，则a 的取值集合为⎩⎨⎧⎭⎬⎫－1，13；④集合A ＝{非负实数}，B ＝{实数}，对应法则f ：“求平方根”，则f 是A 到B 的映射． 写出所有正确命题的序号________． 答案 ②④解析 函数f (x )＝|x ||x －2|的定义域为(－∞，2)∪(2，＋∞)，它关于坐标原点不对称，所以函数f (x )＝|x ||x －2|既不是奇函数也不是偶函数，即命题①不正确；函数y ＝x －1的定义域为{x |x ≥1}，当x ≥1时，y ≥0，即命题②正确； 因为A ∪B ＝A ，所以B ⊆A ，若B ＝∅，满足B ⊆A ，这时a ＝0；若B ≠∅，由B ⊆A ，得a ＝－1或a ＝13.因此，满足题设的实数a 的取值集合为⎩⎨⎧⎭⎬⎫－1，0，13，即命题③不正确．依据映射的定义知，命题④正确． 三、解答题9．设奇函数f (x )是定义在(－∞，＋∞)上的增函数，若不等式f (ax ＋6)＋f (2－x 2)<0对于任意x ∈[2,4]都成立，求实数a 的取值范围． 解 由f (ax ＋6)＋f (2－x 2)<0 得f (ax ＋6)<－f (2－x 2)．∵f (x )为奇函数，∴f (ax ＋6)<f (x 2－2)． 又f (x )在R 上为增函数，∴原问题等价于ax ＋6<x 2－2对x ∈[2,4]都成立， 即x 2－ax －8>0对x ∈[2,4]都成立．令g (x )＝x 2－ax －8，问题又转化为：在x ∈[2,4]上，g (x )min >0⇔⎩⎪⎨⎪⎧a 2<2，g (2)>0或⎩⎨⎧2≤a2≤4，g (a 2)>0或⎩⎪⎨⎪⎧a 2>4，g (4)>0，解得a <－2.综上，a ∈(－∞，－2)．10．设函数f (x )＝ax 2＋1bx ＋c(a ，b ，c ∈N )是奇函数，且f (1)＝2，f (2)<3.(1)求a ，b ，c 的值；(2)试研究x <0时，f (x )的单调性，证明你的结论．解 (1)由f (1)＝2，得a ＋1b ＋c ＝2，由f (2)<3，得4a ＋12b ＋c<3，因为f (x )为奇函数，故f (x )的定义域关于原点对称．又f (x )的定义域为⎩⎨⎧⎭⎬⎫x |x ∈R 且x ≠－c b (显然b ≠0，否则f (x )为偶函数)，所以－cb ＝0，则c＝0，于是得f (x )＝a b x ＋1bx ，且a ＋1b ＝2，4a ＋12b<3，∴8b －32b <3，∴b <32，又b ∈N ，∴b ＝1，∴a ＝1，故a ＝b ＝1，c ＝0.(2)由(1)知f (x )＝x ＋1x，则f (x )在[1，＋∞)上单调递增由于f (x )是奇函数，根据奇函数的对称性，可知f (x )在(－∞，－1]上是增函数，所以只需讨论f (x )在区间(－1,0)上的增减性即可， 当－1<x 1<x 2<0时，f (x 1)－f (x 2)＝x 1＋1x 1－x 2－1x 2＝(x 1－x 2)⎝⎛⎭⎫1－1x 1x 2＝x 1－x 2x 1x 2(x 1x 2－1)． 显然x 1－x 2<0,0<x 1x 2<1，x 1x 2－1<0，∴f (x 1)－f (x 2)>0，∴f (x )在(－1,0)上为减函数．综上所述，f(x)在(－∞，－1]上是增函数，在[－1,0)上是减函数．。