内容正文:
1.4.2 充要条件
第一章 集合与常用逻辑用语
1.4 充分条件与必要条件
整体感知
[学习目标] 1.理解充要条件的意义.(数学抽象)
2.会解答一些简单的充要条件问题.(数学运算)
3.能进行充要条件的证明.(逻辑推理)
1.4.2 充要条件
1.4.2 充要条件
[讨论交流] 预习教材P20-P22,并思考以下问题:
问题1.什么是充分不必要条件?
问题2.什么是必要不充分条件?
问题3.什么是充要条件?
[自我感知] 经过认真预习,结合你对本节课的理解和认识,请画出本节课的知识逻辑体系.
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
探究1 充分、必要、充要条件的判断
探究问题 判断下列命题的真假.
(1)若两条直线平行,则内错角相等;
(2)若内错角相等,则两直线平行;
(3)若两个三角形的两角和两角的夹边分别相等,则这两个三角形全等;
(4)若两个三角形全等,则这两个三角形的两角和两角的夹边分别相等.
探究建构
提示:(1)真 (2)真 (3)真 (4)真
1.4.2 充要条件
1.4.2 充要条件
[新知生成]
1.逆命题:将命题“若p,则q”中的条件p和结论q互换,就得到一个新的命题“__________”,称这个命题为原命题的逆命题.
2.充要条件:如果“若p,则q”和它的逆命题“若q,则p”均是真命题,即既有______,又有______,就记作______.此时,p既是q的充分条件,也是q的必要条件,我们说p是q的充分必要条件,简称为____条件.
若q,则p
p⇒q
q⇒p
p⇔q
充要
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
条件p与结论q的关系 结论(p是q的)
p⇒q,且q p 充分不必要条件
q⇒p,且p q 必要不充分条件
p⇒q,且q⇒p 充要条件
p q,且q p 既不充分也不必要条件
3.条件关系判定的常用结论:
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
【教用·微提醒】 “p是q的充要条件”与“p的充要条件是q”的区别:
(1)p是q的充要条件说明p是条件,q是结论.
(2)p的充要条件是q说明q是条件,p是结论.
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
【链接·教材例题】
例3 下列各题中,哪些p是q的充要条件?
(1)p:四边形是正方形,q:四边形的对角线互相垂直且平分;
(2)p:两个三角形相似,q:两个三角形三边成比例;
(3)p:xy>0,q:x>0,y>0;
(4)p:x=1是一元二次方程ax2+bx+c=0的一个根,q:a+b+c=0(a≠0).
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
解:(1)因为对角线互相垂直且平分的四边形不一定是正方形(为什么),所以q p,所以p不是q的充要条件.
(2)因为“若p,则q”是相似三角形的性质定理,“若q,则p”是相似三角形的判定定理,所以它们均为真命题,即p⇔q,所以p是q的充要条件.
(3)因为xy>0时,x>0,y>0不一定成立(为什么),所以p q,所以p不是q的充要条件.
(4)因为“若p,则q”与“若q,则p”均为真命题,即p⇔q,所以p是q的充要条件.
[典例讲评] 1.(源自湘教版教材)从“充分不必要条件”“必要不充分条件”“充要条件”和“既不充分也不必要条件”中选择恰当的一种填空.
(1)a≥5是a为正数的_______________;
(2)四边形的两对角线相等是该四边形为矩形的_________________;
(3)四边形的一组对边平行且相等是四边形的两组对边分别平行的___________;
(4)若x∈R,则x2=2是x=2的_____________________.
充分不必要条件
必要不充分条件
充要条件
既不充分也不必要条件
整体感知
探究建构
应用迁移
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1.4.2 充要条件
(1)充分不必要条件 (2)必要不充分条件 (3)充要条件 (4)既不充分也不必要条件 [(1)a≥5⇒a>0,a>0 a≥5.因此应填“充分不必要条件”.
(2)四边形是矩形⇒四边形的两对角线相等,反之不成立.因此应填“必要不充分条件”.
(3)四边形的一组对边平行且相等⇔四边形的两组对边分别平行,它们实际上都在描述四边形是平行四边形.因此应填“充要条件”.
(4)x∈R时,x2=2 x=2,x=2 x2=2.因此应填“既不充分也不必要条件”.]
【教师·备选题】 指出下列各组命题中,p是q的什么条件(请用“充分不必要条件”“必要不充分条件”“充要条件”“既不充分也不必要条件”回答).
(1)p:x=1,q:(x-1)(x-2)=0;
(2)p:-1≤x≤5,q:x≥-1且x≤5;
(3)p:x+2≠y,q:(x+2)2≠y2;
(4)p:a是自然数,q:a是正数.
整体感知
探究建构
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课时分层作业
1.4.2 充要条件
[解] (1)法一:当x=1时,(x-1)(x-2)=0成立;
当(x-1)(x-2)=0时,x=1或x=2.
∴p是q的充分不必要条件.
法二:A={x|x=1}={1},
B={x|(x-1)(x-2)=0}={1,2},
可知AB,
∴p是q的充分不必要条件.
(2)∵-1≤x≤5⇔x≥-1且x≤5,
∴p是q的充要条件.
(3)由q:(x+2)2≠y2,
得x+2≠y且x+2≠-y,又p:x+2≠y,
故p是q的必要不充分条件.
(4)0是自然数,但0不是正数,故p q;又是正数,但不是自然数,故q p.故p是q的既不充分也不必要条件.
反思领悟 判断充分条件、必要条件及充要条件的四种方法
(1)定义法:直接判断“若p,则q”以及“若q,则p”的真假.
(2)集合法:利用集合的包含关系判断.
(3)等价法:利用p⇔q与q⇔p的等价关系判断,对于条件和结论是否定形式的命题,一般运用等价法.
(4)传递法:充分条件和必要条件具有传递性,即由p1⇒p2⇒…⇒pn,可得p1⇒pn;充要条件也具有传递性.
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1.4.2 充要条件
[学以致用] 1.(源自北师大版教材)下列各题中,试判断p是q的什么条件.
(1)p:=(bc≠0),q:b2=ac;
(2)对于反比例函数y=,x>0,p:k>0,q:y的值随x的值的增大而减小;
(3)p:函数的图象关于y轴对称,q:函数y=x2.
整体感知
探究建构
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1.4.2 充要条件
[解] (1)若=(bc≠0),则b2=ac,充分性成立;
若a=b=c=0,满足b2=ac,但分式无意义,必要性不成立,所以p是q的充分不必要条件.
(2)对于反比例函数y=,x>0,若k>0,则y随x的增大而减小,反之,若y随x的增大而减小,则k>0,所以p是q的充要条件.
(3)函数图象关于y轴对称,函数可以是y=x2,也可以不是,充分性不成立,函数y=x2的图象关于y轴对称,必要性成立,所以p是q的必要不充分条件.
探究2 充要条件的证明
【链接·教材例题】
例4 已知:⊙O的半径为r,圆心O到直线l的距离为d.求证:d=r是直线l与⊙O相切的充要条件.
分析:设p:d=r,q:直线l与⊙O相切.要证p是q的充要条件,只需分别证明充分性(p⇒q)和必要性(q⇒p)即可.
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探究建构
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1.4.2 充要条件
证明:设p:d=r,q:直线l与⊙O相切.
(1)充分性(p⇒q):如图1.4-2,作OP⊥l于点P,则
OP=d.若d=r,则点P在⊙O上.在直线l上任取
一点Q(异于点P),连接OQ.在Rt△OPQ中,OQ
>OP=r.所以,除点P外直线l上的点都在⊙O的外部,即直线l与⊙O仅有一个公共点P.所以直线l与⊙O相切.
(2)必要性(q⇒p):若直线l与⊙O相切,不妨设切点为P,则OP⊥l.因此,d=OP=r.
由(1)(2)可得,d=r是直线l与⊙O相切的充要条件.
[典例讲评] 2.求证:关于x的方程ax2+bx+c=0有一个根是1的充要条件是a+b+c=0.
[证明] 假设p:方程ax2+bx+c=0有一个根是1,
q:a+b+c=0.
证明p⇒q,即证明必要性.
∵x=1是方程ax2+bx+c=0的根,
∴a·12+b·1+c=0,
即a+b+c=0.
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探究建构
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1.4.2 充要条件
证明q⇒p,即证明充分性.
由a+b+c=0,得c=-a-b.
∵ax2+bx+c=0,∴ax2+bx-a-b=0,
即a(x2-1)+b(x-1)=0.
故(x-1)(ax+a+b)=0.
∴x=1是方程的一个根.
故方程ax2+bx+c=0有一个根是1的充要条件是a+b+c=0.
反思领悟 充要条件证明的两个思路
(1)直接法:证明p是q的充要条件,首先要明确p是条件,q是结论;其次推证p⇒q是证明充分性,推证q⇒p是证明必要性.
(2)集合思想:记p:A={x|p(x)},q:B={x|q(x)},若A=B,则p与q互为充要条件.
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探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
[学以致用] 2.求证:“a=b”是“a2+b2=2ab”的充要条件.
[证明] 先证充分性:
因为a=b,所以a2+b2=a2+a2=2a2,
又因为2ab=2a2,
所以a2+b2=2ab.
再证必要性:
因为a2+b2=2ab,所以a2+b2-2ab=0,
即(a-b)2=0,所以a=b.
综上可知,“a=b”是“a2+b2=2ab”的充要条件.
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应用迁移
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1.4.2 充要条件
探究3 充要条件的应用
[典例讲评] 3.已知p:-2≤x≤10,q:1-m≤x≤1+m(m>0),若p是q的必要不充分条件,求实数m的取值范围.
[解] p:-2≤x≤10,q:1-m≤x≤1+m(m>0).
因为p是q的必要不充分条件,
即{x|1-m≤x≤1+m}{x|-2≤x≤10},
故有或解得m≤3.
又m>0,
所以实数m的取值范围为{m|0<m≤3}.
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探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
[母题探究] 将本例中“p是q的必要不充分条件”改为“p是q的充分不必要条件”,其他条件不变,试求m的取值范围.
[解] p:-2≤x≤10,q:1-m≤x≤1+m(m>0).
因为p是q的充分不必要条件,
设p代表的集合为A,q代表的集合为B,
所以AB.
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
所以或
解不等式组得m>9或m≥9,所以m≥9,
即实数m的取值范围是{m|m≥9}.
反思领悟 应用充分不必要条件、必要不充分条件及充要条件求参数值(范围)的一般步骤
(1)根据已知条件将充分不必要条件、必要不充分条件或充要条件转化为集合间的关系.
(2)根据集合间的关系构建关于参数的方程(组)或不等式(组)求解.
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1.4.2 充要条件
[学以致用] 3.已知p:x<-2或x>3,q:4x+m<0,若p是q的必要不充分条件,求实数m的取值范围.
[解] 设A={x|x<-2或x>3},
B=,
因为p是q的必要不充分条件,
所以BA,
所以-≤-2,即m≥8.
所以m的取值范围为{m|m≥8}.
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1.4.2 充要条件
1.已知a,b为实数,则“a=0”是“ab=0”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充分必要条件
D.既不充分也不必要条件
应用迁移
√
2
3
题号
4
1
A [a=0可以推出ab=0;但ab=0,则a不一定为0.故选A.]
1.4.2 充要条件
1.4.2 充要条件
2.点P(x,y)是第二象限的点的充要条件是( )
A.x<0,y<0 B.x<0,y>0
C.x>0,y>0 D.x>0,y<0
2
3
题号
4
1
√
B [因为第二象限的点横坐标小于0,纵坐标大于0,所以点P(x,y)是第二象限的点的充要条件是x<0,y>0.故选B.]
整体感知
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课时分层作业
1.4.2 充要条件
3.若“x<a”是“x≥3或x≤-1”的充分不必要条件,则a的取值范围是( )
A.a≥3 B.a≤-1
C.-1≤a≤3 D.a≤3
2
3
题号
4
√
1
B [因为“x<a”是“x≥3或x≤-1”的充分不必要条件,故a≤-1.故选B.]
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
4.用“充分条件”“必要条件”或“充要条件”填空:
(1)“x∈N”是“x∈Q”的___________;
(2)“x=2”是“x2-3x+2=0”的__________;
(3)“x>2”是“x>3”的__________;
(4)“>0”是“xy>0”的________.
2
3
题号
4
1
充分条件
充分条件
必要条件
充要条件
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
2
3
题号
4
1
(1)充分条件 (2)充分条件 (3)必要条件 (4)充要条件 [(1)当x∈N时,一定有x∈Q成立,但反之不一定成立,如x=∈Q,但∉N,故填充分条件;
(2)当x=2时,22-3×2+2=0,反之当x2-3x+2=0时,x=1或x=2,故填充分条件;
(3)当x>2时,x>3不一定成立,如x=>2,但<3,反之x>3时,x>2一定成立,故填必要条件;
(4)当>0时,说明x,y同号,即xy>0成立,反之当xy>0时,>0一定成立,故填充要条件.]
1.知识链:(1)充要条件的概念;
(2)充要条件的证明;
(3)充分不必要、必要不充分、充要条件的应用.
2.方法链:等价转化.
3.警示牌:证明充要条件时,注意辨别条件和结论.
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
回顾本节知识,自主完成以下问题:
1.命题“若p,则q”及其逆命题的真假与充分、必要条件间存在怎样的关系?
[提示]
条件p与结论q的关系 结论
p⇒q,且q p p是q的充分不必要条件
q⇒p,且p q p是q的必要不充分条件
p⇒q,且q⇒p,即p⇔q p是q的充要条件
p q,且q p p是q的既不充分也不必要条件
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
2.要证明一个命题的充要条件需要证明几个方面?
[提示] 需要证明充分性和必要性两个方面.
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
课时分层作业(七) 充要条件
一、选择题
1.若a∈R,则“a=3”是“(a+1)(a-3)=0”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
13
14
15
√
1.4.2 充要条件
1.4.2 充要条件
A [由(a+1)(a-3)=0,得a=-1或a=3,
所以“a=3”是“a=-1或a=3”的充分不必要条件,
即“a=3”是“(a+1)(a-3)=0”的充分不必要条件.
故选A.]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
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11
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13
14
15
2.已知a,b∈N,则“a2-b2为偶数”是“a-b为偶数”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
题号
1
3
5
2
4
6
8
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13
14
15
√
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
C [由题a,b∈N,
若a2-b2为偶数,则a2-b2=(a+b)(a-b)为偶数,
因为a+b与a-b奇偶性相同,所以a+b与a-b都为偶数,则a-b为偶数,
若a-b为偶数,则a+b为偶数,所以a2-b2=(a+b)(a-b)为偶数.
所以“a2-b2为偶数”是“a-b为偶数”的充要条件.故选C. ]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
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11
12
13
14
15
3.《三国演义》第49回中提到“欲破曹公,宜用火攻;万事俱备,只欠东风”,比喻一切都准备好了,只差最后一个重要的条件.你认为“东风”是“赤壁之战东吴打败曹操”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
题号
1
3
5
2
4
6
8
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9
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13
14
15
√
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
B [“东风”是“赤壁之战东吴打败曹操”的必要条件,但不是充分条件.]
题号
1
3
5
2
4
6
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7
9
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12
13
14
15
4.(多选)如图,直线a,b被直线c所截.下列条件中,是a∥b的充要条件的有( )
A.∠2=∠4
B.∠1+∠4=180°
C.∠5=∠4
D.∠1=∠3
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
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13
14
15
√
√
√
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
ABC [若同位角相等,则两直线平行,若两直线平行,则同位角相等,A选项正确;
若同旁内角互补,则两直线平行,若两直线平行,则同旁内角互补,B选项正确;
若内错角相等,则两直线平行,若两直线平行,则内错角相等,C选项正确;
显然,∠1与∠3是对顶角,由∠1=∠3不能得到两直线平行,D选项错误.故选ABC.]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
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13
14
15
5.(多选)下列命题中为真命题的是( )
A.“x>4”是“x<5”的既不充分也不必要条件
B.“三角形为正三角形”是“三角形为等腰三角形”的必要不充分条件
C.“关于x的方程ax2+bx+c=0(a≠0)有实数根”的充要条件是“Δ=b2-4ac≥0”
D.若A∩B=A,则A⊆B
题号
1
3
5
2
4
6
8
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13
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15
√
√
√
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
ACD [由于“x>4”与“x<5”互相不能推出,所以A正确;
正三角形一定是等腰三角形,等腰三角形不一定是正三角形,所以B错误;
由一元二次方程根的判别式可知,C正确;
由集合间的基本关系可知,D正确.
故选ACD.]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
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13
14
15
二、填空题
6.已知甲:p是q的充分条件;乙:p是q的充要条件,则甲是乙的___________条件(填“充分不必要”“必要不充分”或“充要”).
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
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13
14
15
必要不充分 [当p是q的充分条件时,p可以推出q,但q不一定能推出p,因此不一定有p是q的充要条件.当p是q的充要条件时,p和q可以相互推出,因此p是q的充分条件.
故答案为:必要不充分.]
必要不充分
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
7.若“不等式x-m<1成立”的充要条件为“x<2”,则实数m的值为________.
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
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11
12
13
14
15
1 [解不等式x-m<1,得x<m+1,
因为“不等式x-m<1成立”的充要条件为“x<2”,所以2=m+1,解得m=1.所以m=1.]
1
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
8.给出下列条件:
①p:x=1或x=2,q:x2-3x+2=0;
②p:x2-1=0,q:x-1=0;
③p:x>4且y>3,q:x+y>7.
其中p是q的必要不充分条件的为________.(填序号)
题号
1
3
5
2
4
6
8
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9
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12
13
14
15
②
整体感知
探究建构
应用迁移
课时分层作业
1.4.2 充要条件
② [对于①,p:x=1或x=2;q:x2-3x+2=0,解得x=1或x=2,所以p是q的充要条件;
对于②,p:x2-1=0,解得x=±1,
q:x-1=0,解得x=1,所以p是q的必要不充分条件;
对于③,由p:x>4且y>3可得q:x+y>7成立,
但当x+y>7时,可令x=6,y=2,不满足y>3.
所以p是q的充分不必要条件.]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
9
10
11
12
13
14
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三、解答题
9.在①充分不必要,②必要不充分,③充要这三个条件中任选一个条件补充到下面问题中,若问题中的实数m存在,求出实数m的取值范围;若不存在,请说明理由.
问题:已知集合A={x|1≤x≤5},非空集合B={x|1-m≤x≤1+2m}.是否存在实数m,使得x∈A是x∈B的________条件?
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探究建构
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课时分层作业
1.4.2 充要条件
[解] 因为集合B={x|1-m≤x≤1+2m}为非空集合,所以1-m≤1+2m,m≥0.
选择条件①:
因为x∈A是x∈B的充分不必要条件,所以A是B的真子集,
所以或
解得m≥2,
故实数m的取值范围是{m|m≥2}.
题号
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选择条件②:
因为x∈A是x∈B的必要不充分条件,所以B是A的真子集,
所以有m≥0且或
解得m=0.
综上,实数m的取值集合是{0}.
题号
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选择条件③:
因为x∈A是x∈B的充要条件,所以有m≥0且A=B,
即此方程组无解,
则不存在实数m,使得x∈A是x∈B的充要条件.
题号
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10.ax2+2x+1=0(a≠0)有一个正根和一个负根的充分不必要条件是( )
A.a<0 B.a>0
C.a<-1 D.a>1
题号
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√
C [一元二次方程ax2+2x+1=0(a≠0)有一个正根和一个负根的充要条件是<0,即a<0,则其充分不必要条件的范围应是集合{a|a<0}的真子集,又{a|a<-1}{a|a<0},故C正确.故选C.]
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1.4.2 充要条件
11.(多选)设全集为U,在下列条件中,是B⊆A的充要条件的有
( )
A.A∪B=B B.(∁UA)∩B=∅
C.(∁UA)⊆(∁UB) D.A∪(∁UB)=U
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√
BCD [由Venn图可知,BCD都是充要条件.
故选BCD.]
√
√
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1.4.2 充要条件
12.下列选项中,p是q的充要条件的是( )
A.p:ab=0,q:a2+b2=0
B.p:xy≥0,q:|x|+|y|=|x+y|
C.p:m>0,q:方程x2-x-m=0有实数根
D.p:x>2或x<-1,q:x<-1
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√
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1.4.2 充要条件
B [对于A,由p q知,p不是q的充要条件;对于B,由|x|+|y|=|x+y|知x,y要么同为正数,要么同为负数,要么至少一个为零,能得到xy≥0,故p是q的充要条件;对于C,方程x2-x-m=0有实数根,判别式Δ=1+4m≥0,即m≥-,所以q p,所以p不是q的充要条件;对于D,因为p q,所以p不是q的充要条件.]
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13.函数y=x2+mx+1的图象关于直线x=1对称的充要条件是________.
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m=-2 [函数y=x2+mx+1的图象关于直线x=1对称,则-=1,即m=-2;反之,若m=-2,则y=x2-2x+1的图象关于直线x=1对称.]
m=-2
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1.4.2 充要条件
14.已知集合A={x|x=2k,k∈Z},B={x|x=4k+2,k∈Z}.设p:x∈A,q:x∈B,试判断p是q的什么条件,q是p的什么条件.
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[解] 令k=2n,则x=2k=4n,k,n∈Z,令k=2n+1,则x=2k=4n+2,k,n∈Z,
则A={x| x=4n或x=4n+2,n∈Z},
又因为B={x|x=4k+2,k∈Z},
所以p是q的必要不充分条件,q是p的充分不必要条件.
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1.4.2 充要条件
15.已知a,b,c均为实数,证明“ac<0”是“关于x的方程ax2+bx+c=0有一正根和一负根”的充要条件.
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[证明] 充分性:∵ac<0,∴a≠0,∴方程ax2+bx+c=0为一元二次方程,且Δ=b2-4ac≥-4ac>0,∴ax2+bx+c=0有两个不相等的实数根,分别设为x1,x2.
∵ac<0,∴x1·x2=<0,
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1.4.2 充要条件
∴x1,x2为一正一负,即ax2+bx+c=0有一正根和一负根.
必要性:∵ax2+bx+c=0有一正根和一负根,∴a≠0,
∴方程ax2+bx+c=0为一元二次方程.
设两个根分别为x1,x2,则x1·x2=<0,∴ac<0.
综上,“ac<0”是“关于x的方程ax2+bx+c=0有一正根和一负根”的充要条件.
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