内容正文:
第一章 集合与常用逻辑用语
1.2 集合间的基本关系
(教师独具内容)
课程标准:1.在具体情境中,了解空集的含义.2.理解集合之间包含与相等的含义,能识别给定集合的子集.3.能使用Venn图表达集合的基本关系,体会图形对理解抽象概念的作用.
教学重点:1.子集、真子集、包含与相等的定义的理解.2.集合间关系的判定.
3.能写出给定集合的子集、真子集.
教学难点:1.集合间关系的判定.2.关系符号(⊆、、⊇、、∈、∉)的正确运用.3.在具体情境中了解空集及其应用.
核心素养:1.通过对集合之间包含与相等的含义及子集、真子集概念的理解,提升数学抽象素养.2.借助子集、真子集的求解及应用,培养数学运算素养.
核心概念掌握
核心素养形成
随堂水平达标
目录
课后课时精练
核心概念掌握
Venn
核心概念掌握
5
任意一个
都是
⊆
⊇
A包含于B
B包含A
⊆
x∉A
A真包含于B
B真包含A
核心概念掌握
6
核心概念掌握
7
任何一个
都是
任何一个
都是
核心概念掌握
8
不含任何元素
子集
子集
核心概念掌握
9
[想一想] ∅,{0},0三者之间有什么关系?
提示
核心概念掌握
10
知识点五 集合间关系的性质
(1)任何一个集合是它本身的子集,即A⊆A.
(2)对于集合A,B,C,如果A⊆B,且B⊆C,那么A⊆C.
核心概念掌握
11
1.(集合间关系的判断)设集合A={1,2,4},B={2},则下列关系正确的是( )
A.B∈A B.B∉A
C.B⊇A D.B⊆A
2.(空集的概念)下列四个集合中是空集的是( )
A.{0}
B.{x|x>2,且x<-2}
C.{x|x2-1=0}
D.{x|x>2}
答案
核心概念掌握
12
3.(由集合间的关系求参数)已知集合A={-2,3,6m-6},若{6}⊆A,则m=________.
4.(集合相等)若集合{2,4}={1-a,4},则a=_____.
5.(子集)若集合A={x|(a-1)x2+3x-2=0}有且仅有两个子集,则实数a的取值为________.
2
-1
答案
核心概念掌握
13
核心素养形成
指出下列各对集合之间的关系:
(1)A={-1,1},B={(-1,-1),(-1,1),(1,-1),(1,1)};
(2)A={x|x是等边三角形},B={x|x是等腰三角形};
(3)A={x|-1<x<4},B={x|x-5<0};
(4)M={x|x=2n-1,n∈N+},N={x|x=2n+1,n∈N+};
(5)M={x|x∈N+,x是4和6的公倍数},N={x|x=12n,n∈N+}.
题型一 集合间关系的判断
核心素养形成
15
解 (1)集合A的元素是数,集合B的元素是有序实数对,故A与B之间无包含关系.
(2)等边三角形是三边相等的三角形,等腰三角形是有两边相等的三角形,故AB.
(3)集合B={x|x<5},用数轴表示集合A,B,如图所示,由图可知AB.
(4)由列举法知M={1,3,5,7,…},N={3,5,7,9,…},故NM.
(5)∵4和6的最小公倍数为12,
∴M={x|x=12m,m∈N+},
又N={x|x=12n,n∈N+},∴M=N.
解
核心素养形成
16
【感悟提升】 判断集合间关系的常用方法
核心素养形成
17
【跟踪训练】
1.(1)已知集合P={1,2,3,4},Q={y|y=x+1,x∈P},那么集合M={3,4,5}与Q的关系是( )
A.MQ B.M,Q互不包含
C.QM D.Q=M
解析:∵集合P={1,2,3,4},Q={y|y=x+1,x∈P}={2,3,4,5},又集合M={3,4,5},∴MQ.故选A.
答案
解析
核心素养形成
18
A=B
答案
解析
核心素养形成
19
(1)(2024·河北武安第一中学高一上质量检测)若A={2,3,4},B={x|x=mn,m,n∈A,且m≠n},则集合B的非空真子集的个数为( )
A.3 B.6
C.7 D.8
题型二 求子集、真子集(的个数)
解析 由题意A={2,3,4},B={x|x=mn,m,n∈A,且m≠n},可知B={6,8,12},所以集合B的非空真子集的个数为23-2=6.
答案
解析
核心素养形成
20
(2)设A={x|(x2-16)(x2+5x+4)=0},写出集合A的子集,并指出其中哪些是它的真子集.
解 由(x2-16)(x2+5x+4)=0,得(x-4)(x+1)·(x+4)2=0,解方程得x=-4或x=-1或x=4.
故集合A={-4,-1,4},
由0个元素构成的集合A的子集:∅;
由1个元素构成的集合A的子集:{-4},{-1},{4};
由2个元素构成的集合A的子集:{-4,-1},{-4,4},{-1,4};
由3个元素构成的集合A的子集:{-4,-1,4}.
因此集合A的子集有:∅,{-4},{-1},{4},{-4,-1},{-4,4},{-1,4},{-4,-1,4}.
集合A的真子集有:∅,{-4},{-1},{4},{-4,-1},{-4,4},{-1,4}
解
核心素养形成
21
【感悟提升】
1.求集合的子集、真子集的步骤
2.求元素个数有限的集合的子集的两个关注点
(1)要注意两个特殊的子集:∅和自身.
(2)按集合中含有元素的个数由少到多,分类一一写出,保证不重不漏.
核心素养形成
22
【跟踪训练】
2.(1)已知a为给定的实数,那么集合M={x|x2-3x-a2+2=0}的子集的个数为________.
解析:方程x2-3x-a2+2=0的根的判别式Δ=1+4a2>0,所以方程有两个不相等的实数根,所以集合M有2个元素,所以集合M有22=4个子集.
4
答案
解析
核心素养形成
23
(2)已知集合M满足{1,2}M⊆{1,2,3,4,5},写出所有满足条件的集合M.
解:由题意可以确定集合M必含有元素1,2,且至少含有元素3,4,5中的一个,因此依据集合M的元素个数分类如下:
含有3个元素:{1,2,3},{1,2,4},{1,2,5};
含有4个元素:{1,2,3,4},{1,2,3,5},{1,2,4,5};
含有5个元素:{1,2,3,4,5}.
故满足条件的集合M有:{1,2,3},{1,2,4},{1,2,5},{1,2,3,4},{1,2,3,5},{1,2,4,5},{1,2,3,4,5}.
解
核心素养形成
24
题型三 由集合间的关系求参数
解析 因为A⊆B,若a-2=0,解得a=2,此时A={0,-2},B={1,0,2},不符合题意;若2a-2=0,解得a=1,此时A={0,-1},B={1,-1,0},符合题意.综上所述,a=1.故选B.
答案
解析
核心素养形成
25
(2)已知集合A={x|-2≤x≤5},B={x|m+1≤x≤2m-1},若BA,求实数m的取值范围.
解
核心素养形成
26
解
核心素养形成
27
解
核心素养形成
28
【感悟提升】 由集合间的关系求参数的方法
(1)当集合为不连续数集时,常根据集合包含关系的意义,建立方程求解,此时应注意分类讨论.
(2)当集合为连续数集时,常借助数轴来建立不等关系求解,应注意端点处是实点还是虚点.
注意:(1)不能忽视集合为∅的情形.
(2)当集合中含有字母参数时,一般需要分类讨论.
核心素养形成
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【跟踪训练】
3.设集合A={x|x2+4x=0},B={x|x2+2(a+1)x+a2-1=0}.
(1)若B⊆A,求实数a的取值范围;
(2)若A⊆B,求实数a的取值范围.
解:(1)A={x|x2+4x=0}={-4,0},
因为B⊆A,所以分B=A和BA两种情况讨论:
①当B=A时,B={-4,0},即-4,0是方程x2+2(a+1)x+a2-1=0的两根,于是得a=1.
解
核心素养形成
30
②当BA时,若B=∅,则Δ=4(a+1)2-4(a2-1)<0,解得a<-1;
若B≠∅,则B={-4}或{0},Δ=4(a+1)2-4(a2-1)=0,解得a=-1,验证知B={0}满足条件.
综上可知,实数a的取值范围为{a|a=1,或a≤-1}.
(2)因为A⊆B,A={-4,0},所以集合B中必含这两个元素.
又集合B为方程x2+2(a+1)x+a2-1=0的根构成的集合,最多有2个元素,所以此时必有A=B.
由(1)知,此时a=1.故实数a的值为1.
解
核心素养形成
31
随堂水平达标
1.在①1⊆{0,1,2};②{1}∈{0,1,2};③{0,1,2}⊆{0,1,2};④∅{0}四个关系中,错误的个数是( )
A.1 B.2
C.3 D.4
解析: 1∈{0,1,2},所以①错误;{1}⊆{0,1,2},所以②错误;③④正确.
答案
解析
随堂水平达标
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2.(2024·湖北武汉第一中学高一上第一次月考)已知集合A={x∈N|x-4≤-1},则集合A的真子集的个数为( )
A.4 B.8
C.15 D.16
解析:A={x∈N|x-4≤-1}={x∈N|x≤3}={0,1,2,3},即集合A中含有4个元素,其真子集有24-1=15个.故选C.
答案
解析
随堂水平达标
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3.能正确表示集合M={x∈R|0≤x≤2}和集合N={x∈R|x2-x=0}关系的Venn图是( )
解析:由x2-x=0,得x=1或x=0,故N={0,1},易得NM,其对应的Venn图如B所示.
答案
解析
随堂水平达标
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-1
答案
解析
随堂水平达标
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5.已知集合A={x|1≤x≤2},B={x|1≤x≤a,a≥1}.
(1)若A是B的真子集,则实数a的取值范围为________;
(2)若B是A的子集,则实数a的取值范围为____________.
解析:(1)若AB,由图可知a>2.
(2)若B⊆A,由图可知1≤a≤2.
{a|a>2}
{a|1≤a≤2}
答案
解析
随堂水平达标
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37
课后课时精练
基础题(占比60%) 中档题(占比30%) 拔高题(占比10%)
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
对点 判断两个集合的包含关系 判断两个集合的真包含关系 由集合间的关系求参数范围 由集合相等求参数值 由集合间的关系求子集个数 空集概念的理解;判断两个集合的包含关系 集合间关系的判断 由Venn图判断两个集合的真包含关系
题号 9 10 11 12 13 14 15
难度 ★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★
对点 集合的子集 集合间关系的判断;由集合间的关系求参数 由集合间的关系求子集个数 集合间关系的判断;求真子集个数 新定义为背景,利用集合间的关系求参数值 由集合间的关系参数值 新定义为背景解决集合的子集问题
课后课时精练
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1.若集合A={y|y=x2+1,x∈R},B={x∈R|x+5>0},则集合A与B的关系是( )
A.A∈B B.A⊆B
C.B⊆A D.A=B
解析:∵A={y|y≥1},B={x|x>-5},∴A⊆B.故选B.
答案
解析
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3.(2024·黑龙江哈尔滨第三中学高一上月考)已知集合A={x|x≤2},B={x|x<a-1},且A⊆B,则a的取值范围是( )
A.{a|a>2} B.{a|a>3}
C.{a|a≥2} D.{a|a≥3}
解析:因为集合A={x|x≤2},B={x|x<a-1},A⊆B,所以a-1>2,解得a>3.故选B.
答案
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5.(2024·江苏连云港灌南高级中学高一上第二次月考)集合B={a,b,c},C={a,b,d},集合A满足A⊆B,A⊆C,则满足条件的集合A的个数是( )
A.8 B.2
C.4 D.1
解析:因为A⊆B,A⊆C,所以集合A是{a,b}的子集,所以这样的集合A共有22=4个.
答案
解析
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6.(多选)(2024·山东淄博六中高一上月考)已知集合A={x|x2-2x=0},则有( )
A.∅⊆A B.-2∈A
C.{0,2}⊆A D.A⊆{y|y<3}
解析:∵A={x|x2-2x=0}={0,2},则∅⊆A,-2∉A,{0,2}⊆A,A⊆{y|y<3}.故选ACD.
答案
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BA
答案
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8.已知集合S,T,F之间的关系如图所示,则下列关系中错误的是____________(只填序号).
①FT;②S T;③F S;④S F.
解析:根据子集、真子集的概念,由Venn图的关系,可以看出ST正确,其余错误.
①③④
答案
解析
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9.已知集合A={(x,y)|x+y=2,x,y∈N},试写出集合A的所有子集.
解:因为A={(x,y)|x+y=2,x,y∈N},
所以A={(0,2),(1,1),(2,0)}.
所以集合A的子集有∅,{(0,2)},{(1,1)},{(2,0)},{(0,2),(1,1)},{(0,2),(2,0)},{(1,1),(2,0)},{(0,2),(1,1),(2,0)}.
解
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12.(多选)已知集合A={1,2,4,8},B={z|z=xy,x∈A,y∈A},则下列四个结论正确的是( )
A.AB
B.{1,4,16,64}⊆B
C.集合B中元素的个数为8
D.集合B的真子集的个数为127
解析:∵集合A={1,2,4,8},∴集合B={z|z=xy,x∈A,y∈A}={1,2,4,8,16,32,64},∴AB,A正确;{1,4,16,64}⊆B,B正确;集合B中元素的个数为7,C错误;集合B的真子集的个数为27-1=127,D正确.故选ABD.
答案
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{a|a<-4,或a>2}
答案
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15.集合S={0,1,2,3,4,5},集合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”,写出S所有无“孤立元素”的含4个元素的子集.
解:依题意可知,“孤立元素x”是指在集合中没有与x相邻的元素,“非孤立元素x”是指在集合中有与x相邻的元素,因此所求问题的集合可分成如下两类:
①4个元素连续的,有3个,分别为{0,1,2,3},{1,2,3,4},{2,3,4,5}.
②4个元素分两组,每组两个连续的,也有3个,分别为{0,1,3,4},{1,2,4,5},{0,1,4,5}.
解
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R
知识点一 Venn图
为了直观地表示集合间的关系,常用平面上封闭曲线的内部代表集合,这种图称为______图.
知识点二 子集与真子集
定义
符号表示
图形表示
子集
一般地,对于两个集合A,B,如果集合A中___________元素_____集合B中的元素,就称集合A为集合B的子集
A__B(或B__A),读作____________或____________
真子集
如果集合A___B,但存在元素x∈B,且_____,就称集合A是集合B的真子集
A____B(或B___A),读作____________或_____________
[拓展] 若一个集合中含有n个元素,则该集合的
(1)子集的个数为2n;
(2)真子集的个数为2n-1;
(3)非空子集的个数为2n-1;
(4)非空真子集的个数为2n-2.
知识点三 集合相等
自然
语言
一般地,如果集合A的_________元素_____集合B的元素,同时集合B的__________元素_____集合A的元素,那么集合A与集合B相等,记作A=B
符号语言
若A⊆B,且B⊆A,则A=B
图形语言
知识点四 空集
定义
________________的集合叫做空集
记法
∅
规定
空集是任何集合的______,即∅⊆A
特性
(1)空集只有一个______,即它的本身,∅⊆∅;
(2)若A≠∅,则∅____A
提示:∅是不含任何元素的集合,{0}是含有一个元素0的集合,0∈{0},0∉∅,∅{0}.
1或-
(2)(2024·辽宁沈阳第二中学高一上第一次月考)已知集合A=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(x=\f(2n+1,3),n∈Z)))),B=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(x=\f(2n,3)+1,n∈Z)))),则集合A,B的关系为________.
解析:在集合A中,x=eq \f(2n+1,3),n∈Z.集合A中的元素是所有奇数除以3所得的数.在集合B中,x=eq \f(2n,3)+1=eq \f(2n+3,3)=eq \f(2(n+1)+1,3).当n∈Z时,(n+1)∈Z,2(n+1)+1为所有奇数,所以B中的元素是所有奇数除以3所得的数.故A=B.
(1)(2023·新课标Ⅱ卷)设集合A={0,-a},B={1,a-2,2a-2},若A⊆B,则a=( )
A.2
B.1
C.eq \f(2,3)
D.-1
解 ①当B=∅时,由m+1>2m-1,得m<2;
②当B≠∅时,如图所示:
∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(m+1≥-2,,2m-1<5,,2m-1≥m+1))或eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(m+1>-2,,2m-1≤5,,2m-1≥m+1,))
解这两个不等式组,得2≤m≤3.
综上可得,实数m的取值范围是{m|m≤3}.
[条件探究1] 若本例(2)条件“A={x|-2≤x≤5}”改为“A={x|-2<x<5}”,其他条件不变,求实数m的取值范围.
解:①当B=∅时,由m+1>2m-1,
得m<2;
②当B≠∅时,如图所示,
∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(m+1>-2,,2m-1<5,,m+1≤2m-1,))解得2≤m<3.
综上可得,实数m的取值范围是{m|m<3}.
[条件探究2] 若本例(2)条件“BA”改为“A⊆B”,其他条件不变,求实数m的取值范围.
解:当A⊆B时,如图所示,此时B≠∅.
∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2m-1>m+1,,m+1≤-2,,2m-1≥5,))即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(m>2,,m≤-3,,m≥3,))∴m不存在.
即不存在实数m使A⊆B.
4.(2024·陕西西安长安区第一中学高一上第一次质量检测)已知集合A=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x,\f(y,x),1)),B={x2,x+y,0},若A=B,则x2025+y2025=________.
解析:∵A=B,∴0∈eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x,\f(y,x),1)),∴y=0,∴A={x,0,1},B={x2,x,0},∴x2=1且x≠1,得x=-1,∴x2025+y2025=(-1)2025+02025=-1.
2.(2024·湖南长沙一中高一上第一次阶段检测)若集合M=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(x=\f(k,2)-\f(1,4),k∈Z)))),N=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(x=\f(k,4)+\f(1,2),k∈Z)))),则( )
A.M=N
B.MN
C.NM
D.M∈N
解析:对于x=eq \f(k,4)+eq \f(1,2),k∈Z,当k=2n,n∈Z时,x=eq \f(n,2)+eq \f(1,2),n∈Z;当k=2n-3,n∈Z时,x=eq \f(n,2)-eq \f(1,4),n∈Z,∴MN.
4.已知A={1,x,y},B={1,x2,2y},若A=B,则x-y=( )
A.2
B.1
C.eq \f(1,4)
D.eq \f(3,2)
解析:∵A=B,∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=x2,,y=2y))或eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=2y,,y=x2.))根据集合元素的互异性,解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=\f(1,2),,y=\f(1,4).))∴x-y=eq \f(1,4).
7.设x,y∈R,A={(x,y)|y=x},B=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1((x,y)\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(\f(y,x)=1)))),则A,B的关系是________.
解析:因为B=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1((x,y)\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(\f(y,x)=1))))={(x,y)|y=x,且x≠0},所以BA.
10.(2024·广东佛山高一上期末)设A={x|x2-8x+15=0},B={x|ax-1=0}.
(1)若a=eq \f(1,5),试判断集合A与B的关系;
(2)若B⊆A,求实数a组成的集合C.
解: (1)A={x|x2-8x+15=0}={5,3},
当a=eq \f(1,5)时,B={5},元素5是集合A={5,3}中的元素,集合A={5,3}中除元素5外,还有元素3,3不在集合B中,所以BA.
(2)当a=0时,由题意得B=∅,
又A={3,5},故B⊆A;
当a≠0时,B=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,a))),
又A={3,5},B⊆A,此时eq \f(1,a)=3或5,
则有a=eq \f(1,3)或a=eq \f(1,5).
所以C=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,3),\f(1,5))).
11.(2024·云南昆明官渡区第五中学高一上期中)已知集合A=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(a∈N\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(\f(6,a-1)∈N)))),B={2,3},集合C满足B⊆C⊆A,则所有满足条件的集合C的个数为( )
A.3
B.4
C.5
D.6
解析:A=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(a∈N\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(\f(6,a-1)∈N))))={2,3,4,7},又B={2,3},B⊆C⊆A,故集合C包含元素2和3,且为A的子集,故集合C可以为{2,3},{2,3,4},{2,3,7},{2,3,4,7},则所有满足条件的集合C的个数是4.故选B.
13.(多选)(2024·江苏南京外国语学校高一上月考)若一个集合是另一个集合的子集,则称这两个集合构成“鲸吞”;若两个集合有公共元素,且互不为对方子集,则称两个集合构成“蚕食”,对于集合A={-1,0,2},B={x|ax2=2,x∈R},若这两个集合构成“鲸吞”或“蚕食”,则a的取值可能为( )
A.0
B.1
C.eq \f(1,2)
D.-1
解析:如果B=∅,则B⊆A,解得a≤0;如果两个集合有公共元素,则-1∈B或2∈B,解得a=2或a=eq \f(1,2),经检验符合题意.故选ACD.
14.已知集合A={x|x<-1,或x>4},B={x|2a≤x≤a+3},若BA,则实数a的取值范围为_____________________.
解析:①当2a>a+3,即a>3时,B=∅,显然满足题意;②当B≠∅时,根据题意作出如图所示的数轴,可得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a+3≥2a,,a+3<-1))或eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a+3≥2a,,2a>4,))解得a<-4或2<a≤3.综上可得,实数a的取值范围是{a|a<-4,或a>2}.
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