人教版(理)高考数学《大一轮复习讲义》第1章 集合
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§1.1集合
2014高考会这样考 1.考查集合中元素的互异性,以集合中含参数的元素为背景,探求参数的值;2.求几个集合的交、并、补集;3.通过集合中的新定义问题考查创新能力.复习备考要这样做 1.注意分类讨论,重视空集的特殊性;2.会利用Venn图、数轴等工具对集合进行运算;3.重视对集合中新定义问题的理解.
1.元素与集合
(1)集合中元素的两个特性:确定性、互异性.
(2)元素与集合的关系有属于和不属于两种,表示符号为∈或∉.
(3)集合的表示方法有列举法、描述法和维恩(Venn)图.
(4)常见集合的符号表示
数集自然数集正整数集整数集有理数集实数集复数集
符号N N+或N*Z Q R C
2.
表示
关系
文字语言符号语言相等集合A与集合B中的所有元素都相同A⊆B,B⊆A⇔A=B
子集集合A中任意一个元素都是集合B的元素A⊆B或B⊇A
真子集集合A中任意一元素均为集合B的元素,
且集合B中至少有一个元素不是集合A中
的元素
A B或
B A
空集空集是任意一个集合的子集,是任何非空
集合的真子集
∅⊆A,∅B(B≠∅)
3.
集合的并集集合的交集
集合的补集
图形
符号A∪B={x|x∈A
或x∈B}
A∩B={x|x∈A
且x∈B}
∁U A={x|x∈U,
且x∉A}
4.
并集的性质:
A∪∅=A;A∪A=A;A∪B=B∪A;A∪B=A⇔B⊆A.
交集的性质:
A∩∅=∅;A∩A=A;A∩B=B∩A;A∩B=A⇔A⊆B.
补集的性质:
A∪(∁U A)=U;A∩(∁U A)=∅;∁U(∁U A)=A.
[难点正本疑点清源]
1.正确理解集合的概念
正确理解集合的有关概念,特别是集合中元素的“确定性和互异性”,在解题中要注意运用.解决含参数问题时,要注意检验,否则很可能会因为不满足“互异性”而导致结论错误.
2.注意空集的特殊性
空集是不含任何元素的集合,空集是任何集合的子集.在解题时,若未明确说明集合非空时,要考虑到集合为空集的可能性.例如:A⊆B,则需考虑A=∅和A≠∅两种可能的情况.
3.正确区分∅,{0},{∅}
∅是不含任何元素的集合,即空集.{0}是含有一个元素0的集合,它不是空集,因为它有一个元素,这个元素是0.{∅}是含有一个元素∅的集合.∅⊆{0},∅⊆{∅},∅∈{∅},{0}∩{∅}=∅.
1.(2012·江苏)已知集合A={1,2,4},B={2,4,6},则A∪B=________.
答案{1,2,4,6}
解析A∪B是由A,B的所有元素组成的.
A∪B={1,2,4,6}.
2.已知集合A={x|a-1≤x≤1+a},B={x|x2-5x+4≥0},若A∩B=∅,则实数a的取值范围是________.
答案(2,3)
解析 集合B 中,x 2-5x +4≥0,∴x ≥4或x ≤1. 又∵集合A 中a -1≤x ≤1+a .
∵A ∩B =∅,∴a +1<4且a -1>1,∴2<a <3.
3.已知集合A ={-1,2},B ={x |mx +1=0},若A ∪B =A ,则m 的可能取值组成的集合为________. 答案 ⎩
⎨⎧
⎭
⎬⎫0,1,-12
解析 ∵A ∪B =A ,∴B ⊆A , ∴当B =∅时,m =0; 当-1∈B 时,m =1; 当2∈B 时,m =-1
2.
∴m 的值为0,1,-1
2
.
4.(2012·江西)若集合A ={-1,1},B ={0,2},则集合{z |z =x +y ,x ∈A ,y ∈B }中的元素的个数为
( )
A .5
B .4
C .3
D .2
答案 C
解析 当x =-1,y =0时,z =x +y =-1; 当x =1,y =0时,z =x +y =1; 当x =-1,y =2时,z =x +y =1; 当x =1,y =2时,z =x +y =3,
由集合中元素的互异性可知集合{z |z =x +y ,x ∈A ,y ∈B }={-1,1,3},即元素的个数为3.
5.(2011·北京)已知集合P ={x |x 2≤1},M ={a }.若P ∪M =P ,则a 的取值范围为( ) A .(-∞,-1] B .[1,+∞)
C .[-1,1]
D .(-∞,-1]∪[1,+∞)
答案 C
解析 由P ={x |x 2≤1}得P ={x |-1≤x ≤1}. 由P ∪M =P 得M ⊆P .又M ={a },∴-1≤a ≤1.
题型一 集合的基本概念
例1 (1)下列集合中表示同一集合的是 ( )
A .M ={(3,2)},N ={(2,3)}
B .M ={2,3},N ={3,2}
C .M ={(x ,y )|x +y =1},N ={y |x +y =1}
D .M ={2,3},N ={(2,3)}
(2)设a ,b ∈R ,集合{1,a +b ,a }=⎩
⎨⎧
⎭
⎬⎫0,b a ,b ,则b -a 的值为________.
思维启迪:要解决集合问题首先要考虑集合的确定性和互异性,理解集合中元素的特征.
答案 (1)B (2)2
解析 (1)选项A 中的集合M 表示由点(3,2)所组成的单点集,集合N 表示由点(2,3)所组成的单点集,故集合M 与N 不是同一个集合.选项C 中的集合M 表示由直线x +y =1上的所有的点组成的集合,集合N 表示由直线x +y =1上的所有的点的纵坐标组成的集合,即N ={y |x +y =1}=R ,故集合M 与N 不是同一个集合.选项D 中的集合M 有两个元素,而集合N 只含有一个元素,故集合M 与N 不是同一个集合.对选项B ,由集合元素的无序性,可知M ,N 表示同一个集合. (2)因为{1,a +b ,a }=⎩
⎨⎧
⎭
⎬⎫0,b a ,b ,a ≠0,
所以a +b =0,得b
a =-1,
所以a =-1,b =1.所以b -a =2.
探究提高 (1)用描述法表示集合时要把握元素的特征,分清点集、数集;(2)要特别注意集合中元素的互异性,在解题过程中最容易被忽视,因此要对计算结果进行检验,防止所得结果违背集合中元素的互异性.
若集合A ={x |ax 2-3x +2=0}的子集只有两个,则实数a =________.
答案 0或98
解析 ∵集合A 的子集只有两个,∴A 中只有一个元素.
当a =0时,x =2
3
符合要求.
当a ≠0时,Δ=(-3)2-4a ×2=0,∴a =98.故a =0或9
8.
题型二 集合间的基本关系
例2 已知集合A ={x |-2≤x ≤7},B ={x |m +1<x <2m -1},若B ⊆A ,求实数m 的取值范围.
思维启迪:若B ⊆A ,则B =∅或B ≠∅,要分两种情况进行讨论. 解 当B =∅时,有m +1≥2m -1,则m ≤2. 当B ≠∅时,若B ⊆A ,如图.
则⎩⎪⎨⎪
⎧
m +1≥-2
2m -1≤7m +1<2m -1
,解得2<m ≤4.
综上,m 的取值范围为m ≤4.
探究提高 (1)集合中元素的互异性,可以作为解题的依据和突破口;(2)对于数集关系问题,往往利用数轴进行分析;(3)对含参数的方程或不等式求解时,要对参数进行分类讨论.
已知集合A ={x |log 2x ≤2},B =(-∞,a ),若A ⊆B ,则实数a 的取值范
围是(c ,+∞),其中c =________. 答案 4
解析 由log 2x ≤2,得0<x ≤4, 即A ={x |0<x ≤4}, 而B =(-∞,a ),
由于A ⊆B ,如图所示,则a >4,即c =4. 题型三 集合的基本运算
例3 设U =R ,集合A ={x |x 2+3x +2=0},B ={x |x 2+(m +1)x +m =0}.若(∁U A )∩B =∅,则m 的值是________.
思维启迪:本题中的集合A ,B 均是一元二次方程的解集,其中集合B 中的一元二次方程含有不确定的参数m ,需要对这个参数进行分类讨论,同时需要根据(∁U A )∩B =∅对集合A ,B 的关系进行转化.
答案 1或2
解析 A ={-2,-1},由(∁U A )∩B =∅,得B ⊆A ,
∵方程x 2+(m +1)x +m =0的判别式Δ=(m +1)2-4m =(m -1)2≥0,∴B ≠∅. ∴B ={-1}或B ={-2}或B ={-1,-2}. ①若B ={-1},则m =1;
②若B ={-2},则应有-(m +1)=(-2)+(-2)=-4,且m =(-2)·(-2)=4,这两式不能同时成立,∴B ≠{-2};
③若B ={-1,-2},则应有-(m +1)=(-1)+(-2)=-3,且m =(-1)·(-2)=2,由这两式得m =2.
经检验知m =1和m =2符合条件.∴m =1或2.
探究提高 本题的主要难点有两个:一是集合A ,B 之间关系的确定;二是对集合B 中方程的分类求解.集合的交、并、补运算和集合的包含关系存在着一些必然的联
系,这些联系通过Venn 图进行直观的分析不难找出来,如A ∪B =A ⇔B ⊆A , (∁U A )∩B =∅⇔B ⊆A 等,在解题中碰到这种情况时要善于转化,这是破解这类难点的一种极为有效的方法.
设全集是实数集R ,A ={x |2x 2-7x +3≤0},B ={x |x 2+a <0}.
(1)当a =-4时,求A ∩B 和A ∪B ; (2)若(∁R A )∩B =B ,求实数a 的取值范围. 解 (1)∵A ={x |1
2≤x ≤3},
当a =-4时,B ={x |-2<x <2},
∴A ∩B ={x |1
2≤x <2},A ∪B ={x |-2<x ≤3}.
(2)∁R A ={x |x <1
2
或x >3},
当(∁R A )∩B =B 时,B ⊆∁R A ,即A ∩B =∅. ①当B =∅,即a ≥0时,满足B ⊆∁R A ; ②当B ≠∅,即a <0时,B ={x |--a <x <
-a },
要使B ⊆∁R A ,需
-a ≤12,解得-1
4
≤a <0.
综上可得,实数a的取值范围是a≥-1
4.
题型四集合中的新定义问题
例4(2011·广东)设S是整数集Z的非空子集,如果∀a,b∈S,有ab∈S,则称S关于数的乘法是封闭的.若T,V是Z的两个不相交的非空子集,T∪V=Z,且∀a,b,c∈T,有abc∈T;∀x,y,z∈V,有xyz∈V,则下列结论恒成立的是() A.T,V中至少有一个关于乘法是封闭的
B.T,V中至多有一个关于乘法是封闭的
C.T,V中有且只有一个关于乘法是封闭的
D.T,V中每一个关于乘法都是封闭的
思维启迪:本题是一道新定义问题试题,较为抽象,题意难以理解,但若“以退为进”,取一些特殊的数集代入检验,即可解决.
答案 A
解析不妨设1∈T,则对于∀a,b∈T,∵∀a,b,c∈T,都有abc∈T,不妨令c =1,则ab∈T,故T关于乘法是封闭的,故T、V中至少有一个关于乘法是封闭的;
若T为偶数集,V为奇数集,则它们符合题意,且均是关于乘法是封闭的,从而B、C错误;若T为非负整数集,V为负整数集,显然T、V是Z的两个不相交的非空子集,T∪V=Z,且∀a,b,c∈T,有abc∈T,∀x,y,z∈V,有xyz∈V,但是对于∀x,y∈V,有xy>0,xy∉V,D错误.故选A.
探究提高本题旨在考查我们接受和处理新信息的能力,解题时要充分理解题目的含义,进行全面分析,灵活处理.
已知集合S={0,1,2,3,4,5},A是S的一个子集,当x∈A时,若有x-1∉A,且x+1∉A,则称x为A的一个“孤立元素”,那么S中无“孤立元素”的4个元素的子集共有______个.
答案 6
解析由成对的相邻元素组成的四元子集都没有“孤立元素”,如{0,1,2,3},{0,1,3,4},{0,1,4,5},{1,2,3,4},{1,2,4,5},{2,3,4,5},这样的集合共有6个.
集合中元素特征认识不明致误
典例:(5分)(2012·课标全国)已知集合A={1,2,3,4,5},B={(x,y)|x∈A,y∈A,x-y∈A},
则B 中所含元素的个数为 ( )
A .3
B .6
C .8
D .10
易错分析 本题属于创新型的概念理解题,准确地理解集合B 是解决本题的关键,该题解题过程易出错的原因有两个,一是误以为集合B 中的元素(x ,y ),不是有序数对,而是无序的两个数值;二是对于集合B 的元素的性质中的“x ∈A ,y ∈A ,x -y ∈A ”,只关注“x ∈A ,y ∈A ”,而忽视“x -y ∈A ”的限制条件导致错解. 解析 ∵B ={(x ,y )|x ∈A ,y ∈A ,x -y ∈A },A ={1,2,3,4,5},∴x =2,y =1;x =3,y =1,2;x =4,y =1,2,3;x =5,y =1,2,3,4.
∴B ={(2,1),(3,1),(3,2),(4,1),(4,2),(4,3),(5,1),(5,2),(5,3),(5,4)}, ∴B 中所含元素的个数为10. 答案 D
温馨提醒 判断集合中元素的性质时要注意两个方面:一是要注意集合中代表元素的字母符号,区分x 、y 、(x ,y );二是准确把握元素所具有的性质特征,如集合{x |y =f (x )}表示函数y =f (x )的定义域,{y |y =f (x )}表示函数y =f (x )的值域,{(x ,y )|y =f (x )}表示函数y =f (x )图象上的点.
2.遗忘空集致误
典例:(5分)若集合P ={x |x 2+x -6=0},S ={x |ax +1=0},且S ⊆P ,则由a 的可取值 组成的集合为__________.
易错分析 从集合的关系看,S ⊆P ,则S =∅或S ≠∅,易遗忘S =∅的情况. 解析 (1)P ={-3,2}.当a =0时,S =∅,满足S ⊆P ; 当a ≠0时,方程ax +1=0的解集为x =-1a ,
为满足S ⊆P 可使-1a =-3或-1
a =2,
即a =13或a =-1
2.
故所求集合为⎩⎨⎧
⎭⎬⎫0,13,-12.
答案 ⎩
⎨⎧
⎭
⎬⎫0,13,-12
温馨提醒 (1)根据集合间的关系求参数是高考考查的一个重点内容.解答此类问题
的关键是抓住集合间的关系以及集合元素的特征.(2)在解答本题时,存在两个典型错误.一是忽略对空集的讨论,如S =∅时,a =0;二是易忽略对字母的讨论.如-1
a
可以为-3或2.因此,在解答此类问题时,一定要注意进行分类讨论,避免漏解.
方法与技巧
1.集合中元素的两个特性在解题时经常用到.解题后要进行检验,要重视符号语言与文字语言之间的相互转化.
2.对连续数集间的运算,借助数轴的直观性,进行合理转化;对已知连续数集间的关系,求其中参数的取值范围时,要注意单独考察等号.
3.对离散的数集间的运算,或抽象集合间的运算,可借助Venn 图.这是数形结合思想的又一体现. 失误与防范
1.空集在解题时有特殊地位,它是任何集合的子集,是任何非空集合的真子集,时刻关注对空集的讨论,防止漏解.
2.解题时注意区分两大关系:一是元素与集合的从属关系;二是集合与集合的包含关系. 3.解答集合题目,认清集合元素的属性(是点集、数集或其他情形)和化简集合是正确求解的两个先决条件.
4.Venn 图图示法和数轴图示法是进行集合交、并、补运算的常用方法,其中运用数轴图示法要特别注意端点是实心还是空心.
5.要注意A ⊆B 、A ∩B =A 、A ∪B =B 、∁U A ⊇∁U B 、A ∩(∁U B )=∅这五个关系式的等价性.
A 组 专项基础训练 (时间:35分钟,满分:57分)
一、选择题(每小题5分,共20分)
1.(2012·广东)设集合U ={1,2,3,4,5,6},M ={1,2,4},则∁U M 等于
( ) A .U B .{1,3,5}
C .{3,5,6}
D .{2,4,6}
答案 C
解析 ∵U ={1,2,3,4,5,6},M ={1,2,4}, ∴∁U M ={3,5,6}.
2.(2011·课标全国)已知集合M ={0,1,2,3,4},N ={1,3,5},P =M ∩N ,则P 的子集共有
( )
A .2个
B .4个
C .6个
D .8个
答案 B
解析 ∵M ={0,1,2,3,4},N ={1,3,5},∴M ∩N ={1,3}. ∴M ∩N 的子集共有22=4个.
3.(2012·山东)已知全集U ={0,1,2,3,4},集合A ={1,2,3},B ={2,4},则(∁U A )∪B 为
( )
A .{1,2,4}
B .{2,3,4}
C .{0,2,4}
D .{0,2,3,4}
答案 C
解析 ∵∁U A ={0,4},B ={2,4},∴(∁U A )∪B ={0,2,4}.
4.已知集合M ={x |x x -1≥0,x ∈R },N ={y |y =3x 2+1,x ∈R },则M ∩N 等于( )
A .∅
B .{x |x ≥1}
C .{x |x >1}
D .{x |x ≥1或x <0}
答案 C
解析 由x
x -1≥0,得⎩⎪⎨⎪⎧
x ≠1,x (x -1)≥0,
∴x >1或x ≤0,∴M ={x |x >1或x ≤0},N ={y |y ≥1}, M ∩N ={x |x >1}.
二、填空题(每小题5分,共15分)
5.已知集合A ={1,3,a },B ={1,a 2-a +1},且B ⊆A ,则a =__________. 答案 -1或2
解析 由a 2-a +1=3,得a =-1或a =2,经检验符合.由a 2-a +1=a ,得a =1, 由于集合中不能有相同元素,所以舍去.故a =-1或2.
6.已知集合A ={(0,1),(1,1),(-1,2)},B ={(x ,y )|x +y -1=0,x ,y ∈Z },则A ∩B =__________. 答案 {(0,1),(-1,2)}
解析 A 、B 都表示点集,A ∩B 即是由A 中在直线x +y -1=0上的所有点组成的集合,代入验证即可.
7.(2012·天津)已知集合A ={x ∈R ||x +2|<3},集合B ={x ∈R |(x -m )(x -2)<0},且A ∩B
=(-1,n ),则m =________,n =________.
答案 -1 1
解析 A ={x |-5<x <1},因为A ∩B ={x |-1<x <n },
B ={x |(x -m )(x -2)<0},所以m =-1,n =1.
三、解答题(共22分)
8.(10分)已知集合A ={x |x 2-2x -3≤0},B ={x |x 2-2mx +m 2-4≤0,x ∈R ,m ∈R }.
(1)若A ∩B =[0,3],求实数m 的值;
(2)若A ⊆∁R B ,求实数m 的取值范围.
解 由已知得A ={x |-1≤x ≤3},
B ={x |m -2≤x ≤m +2}.
(1)∵A ∩B =[0,3],∴⎩⎪⎨⎪⎧
m -2=0,
m +2≥3.
∴m =2. (2)∁R B ={x |x <m -2或x >m +2},∵A ⊆∁R B ,
∴m -2>3或m +2<-1,即m >5或m <-3.
9.(12分)设符号@是数集A 中的一种运算:如果对于任意的x ,y ∈A ,都有x @y =xy ∈A ,则称运算@对集合A 是封闭的.设A ={x |x =m +2n ,m 、n ∈Z },判断A 对通常的实数的乘法运算是否封闭?
解 设x =m 1+2n 1,y =m 2+2n 2,那么xy =(m 1+2n 1)×(m 2+2n 2)=(m 1n 2+m 2n 1)2+m 1m 2+2n 1n 2.
令m =m 1m 2+2n 1n 2,n =m 1n 2+m 2n 1,则xy =m +2n ,
由于m 1,n 1,m 2,n 2∈R ,所以m ,n ∈R .
故A 对通常的实数的乘法运算是封闭的.
B 组 专项能力提升
(时间:25分钟,满分:43分)
一、选择题(每小题5分,共15分)
1.(2012·湖北)已知集合A ={x |x 2-3x +2=0,x ∈R },B ={x |0<x <5,x ∈N },则满足条
件A ⊆C ⊆B 的集合C 的个数为
( ) A .1
B .2
C .3
D .4
答案 D
解析 用列举法表示集合A ,B ,根据集合关系求出集合C 的个数.
由x 2-3x +2=0得x =1或x =2,∴A ={1,2}.
由题意知B ={1,2,3,4},∴满足条件的C 可为{1,2},{1,2,3},{1,2,4},{1,2,3,4}.
2.(2011·安徽)设集合A ={1,2,3,4,5,6},B ={4,5,6,7,8},则满足S ⊆A 且S ∩B ≠∅的集合
S 的个数是
( )
A .57
B .56
C .49
D .8 答案 B
解析 由S ⊆A 知S 是A 的子集,又∵A ={1,2,3,4,5,6},∴满足条件S ⊆A 的S 共有26=64(种)可能.又∵S ∩B ≠∅,B ={4,5,6,7,8},∴S 中必含4,5,6中至少一个元素,而在满足S ⊆A 的所有子集S 中,不含4,5,6的子集共有23=8(种),∴满足题意的集合S 的可能个数为64-8=56.
3.(2011·湖北)已知U ={y |y =log 2x ,x >1},P ={y |y =1x
,x >2},则∁U P 等于 ( ) A.⎣⎡⎭
⎫12,+∞ B.⎝⎛⎭⎫0,12 C .(0,+∞)
D .(-∞,0]∪⎣⎡⎭⎫12,+∞ 答案 A
解析 ∵U ={y |y =log 2x ,x >1}={y |y >0},
P ={y |y =1x ,x >2}={y |0<y <12
}, ∴∁U P ={y |y ≥12}=⎣
⎡⎭⎫12,+∞. 二、填空题(每小题5分,共15分)
4.(2012·陕西改编)集合M ={x |lg x >0},N ={x |x 2≤4},则M ∩N =____________.
答案 (1,2]
解析 M ={x |lg x >0}={x |x >1},
N ={x |x 2≤4}={x |-2≤x ≤2},
∴M ∩N ={x |x >1}∩{x |-2≤x ≤2}={x |1<x ≤2}.
5.已知M ={(x ,y )|y -3x -2
=a +1},N ={(x ,y )|(a 2-1)x +(a -1)y =15},若M ∩N =∅,则a 的值为____________.
答案 1,-1,52
,-4 解析 集合M 表示挖去点(2,3)的直线,集合N 表示一条直线,因此由M ∩N =∅知,
点(2,3)在集合N 所表示的直线上或两直线平行,由此求得a 的值为1,-1,52
,-4. 6.设A ={x ||x |≤3},B ={y |y =-x 2+t },若A ∩B =∅,则实数t 的取值范围是________.
答案 (-∞,-3)
解析 A ={x |-3≤x ≤3},B ={y |y ≤t },
由A ∩B =∅知,t <-3.
三、解答题
7.(13分)已知集合A ={y |y 2-(a 2+a +1)y +a (a 2+1)>0},B ={y |y =12x 2-x +52
, 0≤x ≤3}.
(1)若A ∩B =∅,求a 的取值范围;
(2)当a 取使不等式x 2+1≥ax 恒成立的a 的最小值时,求(∁R A )∩B .
解 (1)A ={y |y <a 或y >a 2+1},B ={y |2≤y ≤4}.
当A ∩B =∅时,⎩⎪⎨⎪⎧
a 2+1≥4,a ≤2, ∴3≤a ≤2或a ≤- 3.
(2)由x 2+1≥ax ,得x 2-ax +1≥0,
依题意Δ=a 2-4≤0,∴-2≤a ≤2.
∴a 的最小值为-2.
当a =-2时,A ={y |y <-2或y >5}.
∴∁R A ={y |-2≤y ≤5},∴(∁R A )∩B ={y |2≤y ≤4}.。