内容正文:
第1章 集合与逻辑
1.1 集合
1.1.2 子集和补集
(教师独具内容)
课程标准:1.理解子集、真子集、全集、补集的概念,能识别给定集合的子集,并能求(全集的)给定子集的补集.2.理解集合之间包含与相等的含义,能用子集的观点解释两个集合的相等关系.3.能用Venn图表达集合间的关系.
教学重点:1.子集、真子集、全集、补集定义的理解.2.写出给定集合的子集.3.两个集合之间关系的判定.4.用子集观点解释两个集合的相等关系.5.会求集合的补集.
教学难点:1.两个集合之间关系的判定及集合的补集的求解.2.一些集合间关系符号的准确使用.3.具体问题中易忽视空集的情况.
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、补集概念的理解提升数学抽象素养.2.借助子集、真子集、补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
都是
A⊆B
B⊇A
A包含于B
B包含A
子集
空集
核心概念掌握
5
相等
A=B
真子集
AB
Venn图
A⊆C
AC
核心概念掌握
6
全集
基本集
所有不属于A的元素
{x|x∈U,且x∉A}
核心概念掌握
7
1.对子集、真子集有关概念的理解
(1)集合A中的任何一个元素都是集合B中的元素,即由x∈A,能推出x∈B,这是判断A⊆B的常用方法.
(2)不能简单地把“A⊆B”理解成“A是B中部分元素组成的集合”.因为若A=∅,则A中不含任何元素;若A=B,则A中含有B中的所有元素.
(3)在真子集的定义中,AB首先要满足A⊆B,其次至少有一个x∈B,但x∉A.
核心概念掌握
8
2.集合子集的个数
若一个集合中含有n个元素,则
(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.
核心概念掌握
9
3.{0},∅,{∅}之间的区别与联系
{0}是含有一个元素0的集合,∅是不含任何元素的集合,因此∅{0},而{∅}是含有一个元素∅的集合,因此∅作为一个元素时,有∅∈{∅},∅作为一个集合时,有∅{∅}.
4.补集是相对于全集而言的,它与全集不可分割.一方面,若没有定义全集,则不存在补集的说法;另一方面,补集的元素逃不出全集的范围.
核心概念掌握
10
5.集合的补集运算与实数的减法运算可进行类比
很明显,同一个集合,由于全集的不同,其补集也不相同(就好像同一个数,由于被减数不同,差也不同一样).
实数 集合
被减数a 被减集合(全集)A
减数b 减集合B
差a-b 补集∁AB
核心概念掌握
11
1.判一判(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)任何集合至少有两个子集.( )
(2)空集是任何集合的真子集.( )
(3)全集一定含有任何元素.( )
(4)全集没有补集.( )
(5)负整数集的补集是自然数集.( )
答案
×
×
×
×
×
核心概念掌握
12
2.做一做
(1)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)设全集为U,集合M={0,2,4},∁UM={6},则U=( )
A.{0,2,4,6} B.{0,2,4}
C.{6} D.∅
(3)已知集合A={-2,3,6m-6},若{6}⊆A,则m=________.
(4)若集合{2,4}={1-a,4},则a=________.
答案
2
-1
核心概念掌握
13
核心素养形成
集合间关系的判断
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4,6的公倍数},N={x|x=12n,n∈N+}.
核心素养形成
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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的公倍数可以表示为{x|x=12m,m∈N+},N={x|x=12n,n∈N+},∴M=N.
解
核心素养形成
16
【感悟提升】 判断集合间关系的方法
(1)用定义判断
①任意x∈A时,x∈B,则A⊆B;
②当A⊆B时,存在x∈B,且x∉A,则AB;
③若既有A⊆B,又有B⊆A,则A=B.
(2)数形结合判断
对于不等式表示的数集,可在数轴上标出集合,直观地进行判断,但要注意端点值的取舍.
核心素养形成
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【跟踪训练】
1.(1)已知集合A={x|x2-3x+2=0},B={1,2},C={x∈N|x<8},用适当的符号填空:
①A________B;②A________C;
③{2}________C;④2________C.
解析:集合A为方程x2-3x+2=0的所有解组成的集合,即A={1,2},而C={x∈N|x<8}={0,1,2,3,4,5,6,7}.故①A=B;②AC;③{2}C;④2∈C.
答案
解析
=
∈
核心素养形成
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答案
解析
A=B
核心素养形成
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写出集合的子集
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}.
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
核心素养形成
20
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:∅,{-4},{-1},{4},{-4,-1},{-4,4},{-1,4},{-4,-1,4}.
集合A的真子集:∅,{-4},{-1},{4},{-4,-1},{-4,4},{-1,4}.
解
核心素养形成
21
【感悟提升】 求集合子集、真子集的三个步骤
核心素养形成
22
【跟踪训练】
2.(1)已知集合A={-1,0,1},则含有元素0的A的子集的个数为( )
A.2 B.4
C.6 D.8
解析:根据题意,含有元素0的A的子集为{0},{0,1},{0,-1},{-1,0,1},共4个.
解析
答案
核心素养形成
23
解
(2)已知集合A={(x,y)|x+y=2,x∈N,y∈N},试写出A的所有子集及真子集.
解:∵A={(x,y)|x+y=2,x∈N,y∈N},
∴A={(0,2),(1,1),(2,0)},
∴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)}.
A的真子集有∅,{(0,2)},{(1,1)},{(2,0)},{(0,2),(1,1)},{(0,2),(2,0)},{(1,1),(2,0)}.
核心素养形成
24
补集的简单运算
解析 依题意,∁UA={2,4,7}.
(1)已知全集U={1,2,3,4,5,6,7},集合A={1,3,5,6},则∁UA=( )
A.{1,3,5,6} B.{2,3,7}
C.{2,4,7} D.{2,5,7}
答案
解析
核心素养形成
25
解析 在数轴上画出集合A,由数轴,得∁RA={x|1≤x<5}.
(2)已知全集为R,集合A={x|x<1或x≥5},则∁RA=______________.
答案
解析
{x|1≤x<5}
核心素养形成
26
解析 因为集合A={1,3,5,7},∁UA={2,4,6},所以U={1,2,3,4,5,6,7}.又∁UB={1,4,6},所以B={2,3,5,7}.
(3)已知全集U,集合A={1,3,5,7},∁UA={2,4,6},∁UB={1,4,6},则集合B=______________.
答案
解析
{2,3,5,7}
核心素养形成
27
【感悟提升】 补集的求解步骤及方法
(1)步骤:①确定全集:在进行补集的简单运算时,应首先明确全集;②紧扣定义求解补集.
(2)方法:①借助Venn图或数轴求解;②借助补集的性质求解.
核心素养形成
28
解析:因为全集U={1,2,3,4,5},∁UA={1,3,5},所以A={2,4},又因为A={2,m},所以m=4.
【跟踪训练】
3.(1)已知全集U={1,2,3,4,5},集合A={2,m},且∁UA={1,3,5},则m的值为________.
答案
解析
4
核心素养形成
29
解:①把集合A表示在数轴上,如图所示.
由图知∁SA={x|x<-1或x≥1}.
(2)若集合A={x|-1≤x<1},当S分别取下列集合时,求∁SA.
①S=R;②S={x|x≤2};③S={x|-4≤x≤1}.
解
核心素养形成
30
②把集合S和A表示在数轴上,如图所示.
由图易知∁SA={x|x<-1或1≤x≤2}.
③把集合S和A表示在数轴上,如图所示.
由图知∁SA={x|-4≤x<-1或x=1}.
解
核心素养形成
31
(1)设全集U=R,集合A={x|x<1},B={x|x>m},若(∁UA)⊆B,则实数m的取值范围是__________.
(2)设集合A={1,a,b},B={a,a2,ab},且A=B,则a2023+b2024=________.
集合间关系的应用
解析 ∵∁UA={x|x≥1},B={x|x>m},∴由(∁UA)⊆B可知m<1.
答案
解析
{m|m<1}
-1
核心素养形成
32
(3)已知集合A={x|-3≤x≤4},B={x|2m-1<x<m+1},且B⊆A.求实数m的取值范围.
解
核心素养形成
33
【感悟提升】 由集合间的包含关系求参数问题的注意点及常用方法
(1)注意点: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.
(2)常用方法:对于用不等式给出的集合,已知集合的包含关系求相关参数的范围(值)时,常采用数形结合的思想,借助数轴解答.
核心素养形成
34
【跟踪训练】
4.(1)已知集合A={x|2a-2<x<a},B={x|1<x<2},且A∁RB,求a的取值范围.
解
核心素养形成
35
解:由已知,A=B={0,|x|,y},所以0∈A.
若x=0,则A={0,0,-y},不满足元素的互异性;
若y=0,则B={0,|x|,0},也不满足元素的互异性.
所以只有x-y=0,即y=x.
所以A={x,xy,x-y}={x,x2,0},B={0,|x|,x}.所以x2=|x|,
所以x=0(舍去)或x=1或x=-1.
当x=1时,A=B={1,1,0},而集合中的元素具有互异性,故x≠1.
当x=-1时,A=B={-1,1,0}满足题意.
所以x=y=-1.
(2)已知集合A={x,xy,x-y},B={0,|x|,y},且A=B,求实数x与y的值.
解
核心素养形成
36
随堂水平达标
1.集合A={x|0≤x<3,x∈N}的真子集的个数是( )
A.16 B.8
C.7 D.4
解析:易知集合A={0,1,2},含有3个元素,所以集合A的真子集有23-1=7个.
答案
解析
随堂水平达标
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38
答案
解析
2.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:解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.
随堂水平达标
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3.(多选)已知集合A={x|x2-1=0},则下列式子表示正确的是( )
A.1∈A B.{-1}∈A
C.∅⊆A D.∁QA={x∈Q|x≠±1}
答案
解析
解析:A={x|x2-1=0}={-1,1},故A,C,D正确,B不正确.
随堂水平达标
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答案
解析
4.已知全集U={1,2,a2-2a+3},集合A={1,a},∁UA={3},则实数a=________.
解析:根据题意,得a2-2a+3=3,且a=2,解得a=2.
2
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,求a的取值范围;
(2)若B是A的子集,求a的取值范围;
(3)若A=B,求a的取值范围.
解
解:(1)若AB,由图可知a>2.
(2)若B⊆A,由图可知1≤a≤2.
(3)由A=B,可得a=2.
随堂水平达标
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课后课时精练
一、选择题
1.下列关系式不正确的是( )
A.{1}⊆{1,2} B.{0}⊆{1,2}
C.{2}⊆{1,2} D.1∈{1,2}
答案
解析
解析:∵0∉{1,2},∴{0}⊆{1,2}不正确;根据子集的概念可知A,C正确;D显然正确.
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2.已知全集U={x|0≤2x≤10,x∈N},集合A={x|x2-7x+10=0},则∁UA=
( )
A.{2,5} B.{0,1,2,5}
C.{0,1,3,4} D.{1,3,4}
答案
解析
解析: U={x|0≤2x≤10,x∈N}={0,1,2,3,4,5},A={x|x2-7x+10=0}={2,5},所以∁UA={0,1,3,4}.
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3.若集合A满足A⊆B,A⊆C,B={0,1,2,3},C={0,2,4,8},则满足上述条件的集合A的个数为( )
A.0 B.1
C.2 D.4
答案
解析
解析:∵A⊆B,A⊆C,∴A中最多能含有0,2两个元素,∴A=∅,{0},{2},{0,2},共4个.故选D.
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答案
解析
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5.(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.∁BA={16,32,64} D.集合B的真子集的个数为27
答案
解析
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;∁BA={16,32,64},C正确;集合B的真子集的个数为27-1,D错误.故选ABC.
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二、填空题
6.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;②ST;③FS;④SF.
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.
答案
①③④
解析
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7.设全集U={2,4,-(a-3)2},集合A={2,a2-a+2},若∁UA={-1},则实数a的值为________.
答案
2
解析
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8.满足条件{x|x2+1=0}M⊆{x|x2-4=0}的集合M共有________个.
解析:因为{x|x2+1=0}=∅,{x|x2-4=0}={-2,2},其非空子集为{-2},{2},{-2,2},所以满足条件{x|x2+1=0}M⊆{x|x2-4=0}的集合M共有3个.
答案
3
解析
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三、解答题
9.判断下列集合间的关系:
(1)A={-1,1},B={x∈N|x2=1};
(2)P={x|x=2n,n∈Z},Q={x|x=2(n-1),n∈Z};
(3)A={x|x-3>2},B={x|2x-5≥0};
(4)A={x|x=a2+1,a∈R},B={x|x=a2-4a+5,a∈R}.
解: (1)用列举法表示集合B={1},故BA.
(2)因为Q中n∈Z,所以n-1∈Z,Q与P都表示偶数集,所以P=Q.
解
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解
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53
10.已知全集U=R,集合A={x|x<-1},B={x|2a<x<a+3},且B⊆∁UA,求实数a的取值范围.
解
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11.设集合A={x|x2+4x=0,x∈R},B={x|x2+2(a+1)x+a2-1=0,x∈R}.
(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;
②当BA时,若B=∅,则Δ=4(a+1)2-4(a2-1)<0,解得a<-1.
解
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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=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的取值范围为a=1.
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12.若集合{x|x2+x+a=0}中至少有一个元素为非负实数,求实数a的取值范围.
解
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R
知识点一 子集
如果集合A的每个元素eq \x(\s\up1(01))_______集合B的元素,就说A包含于B,或者说B包含A,记作eq \x(\s\up1(02))_____ (或eq \x(\s\up1(03))_____),读作“eq \x(\s\up1(04))__________”(或“eq \x(\s\up1(05))_________”).
(1)若A包含于B,则称A是B的一个eq \x(\s\up1(06))________.
规定:每个集合都是它自己的子集.
eq \x(\s\up1(07))______包含于任一集合,是任一集合的子集.
(2)如果A⊆B并且B⊆A,就说两个集合eq \x(\s\up1(08))_____,记作eq \x(\s\up1(09))______.
(3)如果A⊆B但A≠B,就说A是B的eq \x(\s\up1(10))________,记作eq \x(\s\up1(11))_______.
(4)常用平面上的封闭图形的内部表示集合,这类表示集合间关系的示意图叫作eq \x(\s\up1(12))__________.
(5)包含关系的传递性:若A⊆B,B⊆C,则eq \x(\s\up1(13))_______;若AB,B⊆C,则eq \x(\s\up1(14))________.
知识点二 补集
(1)如果在某个特定的场合,要讨论的对象都是集合U的元素和子集,就可以把集合U约定为eq \x(\s\up1(01))_______(或eq \x(\s\up1(02))_________).
(2)补集
自然语言
若A是全集U的子集,U中eq \x(\s\up1(03))_________________________组成的集合叫作A的补集,记作∁UA或eq \o(A,\s\up12( -))
符号语言
∁UA=eq \x(\s\up1(04))_____________________
图形语言
注意∁UA仍是U的一个子集,显然∁U(∁UA)=A.一般地,不论A是否是B的子集,都可用B\A表示B中所有不属于A的元素组成的集合,它是B的一个子集.
(2)已知集合A=eq \b\lc\{\rc\}(x\b\lc\|(x=\f(2n+1,3),n∈Z)),B=eq \b\lc\{\rc\}(x\b\lc\|(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.
解析 由A=B,有eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a2=1,,ab=b))或eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a2=b,,ab=1.))解方程组得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a=1,,b∈R))或eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a=-1,,b=0))或eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a=1,,b=1,))由集合元素的互异性,知a≠1.∴a=-1,b=0,故a2023+b2024=-1.
解 B⊆A,分两种情况考虑:
①当B=∅时,m+1≤2m-1,解得m≥2.
②当B≠∅时,有eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(-3≤2m-1,,m+1≤4,,2m-1<m+1,))
解得-1≤m<2,
综上可得,实数m的取值范围为{m|m≥-1}.
解:∵∁RB={x|x≤1或x≥2}≠∅,A∁RB,
∴分A=∅和A≠∅两种情况讨论:
①若A=∅,此时有2a-2≥a,∴a≥2;
②若A≠∅,则有eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2a-2<a,,a≤1))或eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2a-2<a,,2a-2≥2.))
∴a≤1.
综上所述,a≤1或a≥2.
4.若集合M=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(x=m+\f(1,6),m∈Z)))),N=eq \b\lc\{\rc\}(x\b\lc\|(x=\f(n,2)-\f(1,3),n∈Z)),P=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(x=\f(p,2)+\f(1,6),p∈Z)))),则M,N,P的关系是( )
A.M=NP
B.MN=P
C.MNP
D.NPM
解析:M=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(x=\f(6m+1,6),m∈Z)))),N=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(x=\f(3n-2,6),n∈Z))))=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(x=\f(3q+1,6),q∈Z))))(n∈Z,q=n-1∈Z),P=eq \b\lc\{\rc\}(x\b\lc\|(x=\f(3p+1,6),p∈Z)),∴MN=P.故选B.
解析:由已知可得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(-(a-3)2=-1,,a2-a+2=4,))解得a=2.
(3)因为A={x|x-3>2}={x|x>5},B={x|2x-5≥0}=eq \b\lc\{\rc\}(x\b\lc\|(x≥\f(5,2))),
利用数轴判断A,B的关系.
如图所示,AB.
(4)因为A={x|x=a2+1,a∈R}={x|x≥1},
B={x|x=a2-4a+5,a∈R}={x|x=(a-2)2+1,a∈R}={x|x≥1},所以A=B.
解:由题意得∁UA={x|x≥-1}.
①若B=∅,则a+3≤2a,即a≥3,满足B⊆∁UA.
②若B≠∅,则由B⊆∁UA,得2a≥-1且2a<a+3,
解得-eq \f(1,2)≤a<3.
综上可得,实数a的取值范围为a≥-eq \f(1,2).
解:由题意,知方程x2+x+a=0至少有一个非负实根.
若方程无非负实根,即方程无实根或方程有两个负实根x1,x2.
当关于x的方程x2+x+a=0无实数根时,则Δ=1-4a<0,解得a>eq \f(1,4);
当关于x的方程x2+x+a=0有两个负实数根时,则
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(Δ=1-4a≥0,,x1+x2=-1<0,,x1x2=a>0,))解得0<a≤eq \f(1,4).
综上可得a>0,记A={a|a>0}.
所以满足题意的实数a的取值范围是∁RA={a|a≤0}.
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