集合、常用逻辑用语、不等式专项练-2025届高三数学一轮复习
2025-01-23
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内容正文:
集合,常用逻辑用语、不等式专项练
第一节 集 合
集合的基本概念
【例1】 (1)已知集合A={1,2,3},则B={(x,y)|x∈A,y∈A,|x-y|∈A}中所含元素的个数为( )
A.2 B.4
C.6 D.8
(2)设a,b∈R,集合{1,a+b,a}={0,,b},则a2 024+b2 025=( )
A.0 B.1
C.2 D.4
集合间的基本关系
【例2】 (必修第一册第9页5(2)题改编)已知集合A={x|x>a},B={x|1<x<2},若B⫋A,则实数a的取值范围为( )
A.[1,+∞) B.(-∞,1]
C.(1,+∞) D.(-∞,1)
集合的基本运算
考向1 集合的运算
【例3】 (1)(2023·全国甲卷1题)设全集U=Z,集合M={x|x=3k+1,k∈Z},N={x|x=3k+2,k∈Z},则∁U(M∪N)=( )
A.{x|x=3k,k∈Z}
B.{x|x=3k-1,k∈Z}
C.{x|x=3k-2,k∈Z}
D.⌀
(2)(2024·广东联考)已知全集U=R,集合A={x|x<-1或x>3},B={x|y=ln(3-x)},则图中阴影部分表示的集合为( )
A.[-1,3] B.(3,+∞)
C.(-∞,3] D.[-1,3)
考向2 利用集合的运算求参数
【例4】 (2024·九省联考)已知集合A={-2,0,2,4},B={x||x-3|≤m}.若A∩B=A,则m的最小值为 .
考向3 集合的新定义问题
【例5】 (2024·长沙模拟)给定数集M,若对于任意a,b∈M,有a+b∈M,且a-b∈M,则称集合M为闭集合,则下列说法中正确的是( )
A.集合M={-4,-2,0,2,4}为闭集合
B.正整数集是闭集合
C.集合M={n|n=3k,k∈Z}为闭集合
D.若集合A1,A2为闭集合,则A1∪A2为闭集合
第二节 常用逻辑用语
全称量词命题与存在量词命题
考向1 含量词命题的否定及真假判定
【例1】 (1)已知命题p:∃x∈R,x=-1或x=2,则( )
A.p:∀x∉R,x≠-1或x≠2
B.p:∀x∈R,x≠-1且x≠2
C.p:∀x∈R,x=-1且x=2
D.p:∃x∉R,x=-1或x=2
(2)下列命题为真命题的是( )
A.∃x∈R,ln(x2+1)<0
B.∀x>2,2x>x2
C.∃α,β∈R,sin(α-β)=sin α-sin β
D.∀x∈(0,π),sin x>cos x
考向2 含量词的命题的应用
【例2】 已知命题“∃x∈R,使ax2-x+2≤0”是假命题,则实数a的取值范围是( )
A.(-,0) B.(0,)
C.(,+∞) D.(1,+∞)
充分条件、必要条件的判定
【例3】 (1)设x∈R,则“x2-5x<0”是“|x-1|<1”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
(2)(2023·全国甲卷7题)设甲:sin2α+sin2β=1,乙:sin α+cos β=0,则( )
A.甲是乙的充分条件但不是必要条件
B.甲是乙的必要条件但不是充分条件
C.甲是乙的充要条件
D.甲既不是乙的充分条件也不是乙的必要条件
充分、必要条件的探究与应用
【例4】 已知P={x|x2-8x-20≤0},非空集合S={x|1-m≤x≤1+m}.若x∈P是x∈S的必要条件,则m的取值范围为 .
第三节 等式性质与不等式性质
比较两个数(式)的大小
【例1】 (1)已知0<a<,且M=+,N=+,则M,N的大小关系是( )
A.M>N B.M<N
C.M=N D.不能确定
(2)若a=,b=,则a b(填“>”或“<”).
不等式的基本性质
【例2】 (多选)若a>0>b>-a,c<d<0,则下列结论正确的是( )
A.ad>bc B.+<0
C.a-c>b-d D.a(d-c)>b(d-c)
不等式性质的应用
【例3】 (必修第一册第43页5题改编)已知2<a<3,-1<b<5,则a+2b的取值范围是 ,ab的取值范围是 .
第四节 基本不等式
利用基本不等式求最值
技法1 配凑法
【例1】 (1)设0<x<4,则y=3x(8-2x)的最大值为 ;
(2)函数f(x)=的最小值为 .
技法2 常数代换法
【例2】 (1)已知a>0,b>0,a+b=1,则+的最小值为 ;
(2)已知正数a,b满足4a+b=ab,则a+b的最小值为 .
技法3 消元法
【例3】 (必修第一册第58页5题改编)已知a>0,b>0,ab=a+b+3,则a+b的最小值为 .
基本不等式的综合应用
【例4】 (2024·绍兴质检)若两个正实数x,y满足+=1,且不等式x+<m2-3m有解,则实数m的取值范围是( )
A.(-1,4)
B.(-4,1)
C.(-∞,-1)∪(4,+∞)
D.(-∞,0)∪(3,+∞)
利用基本不等式解决实际问题
【例5】 单位时间内通过道路上指定断面的车辆数被称为“道路容量”,与道路设施、交通服务、环境、气候等诸多条件相关.假设某条道路一小时通过的车辆数N满足关系N=,其中d0为安全距离,v为车速(m/s).当安全距离d0取30 m时,该道路一小时“道路容量”的最大值约为( )
A.135 B.149
C.165 D.195
第五节 一元二次不等式及其解法
不含参数的一元二次不等式的解法
【例1】 解下列不等式
(1)-3x2-2x+8≥0;
(2)≤1.
含参数的一元二次不等式的解法
【例2】 解关于x的不等式ax2-(a+1)x+1<0(a>0).
三个“二次”间的关系
【例3】 已知函数y=x2+ax+b(a,b∈R)的最小值为0,若关于x的不等式x2+ax+b<c的解集为{x|m<x<m+4},则实数c的值为( )
A.9 B.8
C.6 D.4
判别式法解决恒成立问题
【例1】 若不等式-x2+2x+3≤a2-3a对任意实数x恒成立,求实数a的取值范围.
数形结合法解决恒成立问题
【例2】 已知函数f(x)=x2-mx+2m-4(m∈R).当x>2时,不等式f(x)≥-1恒成立,求m的取值范围.
分离参数法解决恒成立问题
【例3】 ∀x∈{x|2≤x≤3},不等式mx2-mx-1<0恒成立,求m的取值范围.
主参换位法解决恒成立问题
【例4】 已知a∈[-1,1]时,不等式x2+(a-4)x+4-2a>0恒成立,则x的取值范围为 .
转化为函数(式子)的最值解决能成立问题
【例5】 已知f(x)=2x2-12x+10,若对于任意的x∈[1,3],不等式f(x)≤2+t能成立,则实数t的取值范围是 .
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集合,常用逻辑用语、不等式专项练
第一节 集 合
集合的基本概念
【例1】 (1)已知集合A={1,2,3},则B={(x,y)|x∈A,y∈A,|x-y|∈A}中所含元素的个数为( )
A.2 B.4
C.6 D.8
(2)设a,b∈R,集合{1,a+b,a}={0,,b},则a2 024+b2 025=( )
A.0 B.1
C.2 D.4
答案:(1)C (2)C
解析:(1)因为A={1,2,3},所以B={(2,1),(3,1),(3,2),(1,2),(1,3),(2,3)},共6个元素.故选C.
(2)由题意知a≠0,因为{1,a+b,a}={0,,b}.所以a+b=0,则=-1,所以a=-1,b=1.故a2 024+b2 025=2.
集合间的基本关系
【例2】 (必修第一册第9页5(2)题改编)已知集合A={x|x>a},B={x|1<x<2},若B⫋A,则实数a的取值范围为( )
A.[1,+∞) B.(-∞,1]
C.(1,+∞) D.(-∞,1)
解析:B 因为A={x|x>a},B={x|1<x<2},且B⫋A.用数轴表示其关系如图.所以实数a的取值范围为a≤1.故选B.
集合的基本运算
考向1 集合的运算
【例3】 (1)(2023·全国甲卷1题)设全集U=Z,集合M={x|x=3k+1,k∈Z},N={x|x=3k+2,k∈Z},则∁U(M∪N)=( )
A.{x|x=3k,k∈Z}
B.{x|x=3k-1,k∈Z}
C.{x|x=3k-2,k∈Z}
D.⌀
(2)(2024·广东联考)已知全集U=R,集合A={x|x<-1或x>3},B={x|y=ln(3-x)},则图中阴影部分表示的集合为( )
A.[-1,3] B.(3,+∞)
C.(-∞,3] D.[-1,3)
答案:(1)A (2)D
解析:(1)法一(列举法) M={…,-2,1,4,7,10,…},N={…,-1,2,5,8,11,…},所以M∪N={…,-2,-1,1,2,4,5,7,8,10,11,…},所以∁U(M∪N)={…,-3,0,3,6,9,…},其元素都是3的倍数,即∁U(M∪N)={x|x=3k,k∈Z},故选A.
法二(描述法) 集合M∪N表示被3除余1或2的整数集,则它在整数集中的补集是恰好被3整除的整数集,故选A.
(2)集合A={x|x<-1或x>3},B={x|y=ln(3-x)}={x|x<3},所以题图中阴影部分表示的集合为(∁UA)∩B={x|-1≤x≤3}∩{x|x<3}={x|-1≤x<3}.故选D.
考向2 利用集合的运算求参数
【例4】 (2024·九省联考)已知集合A={-2,0,2,4},B={x||x-3|≤m}.若A∩B=A,则m的最小值为 5 .
解析:B={x||x-3|≤m}={x|3-m≤x≤3+m},又A∩B=A,则A⊆B,所以所以m≥5,故m的最小值为5.
考向3 集合的新定义问题
【例5】 (2024·长沙模拟)给定数集M,若对于任意a,b∈M,有a+b∈M,且a-b∈M,则称集合M为闭集合,则下列说法中正确的是( )
A.集合M={-4,-2,0,2,4}为闭集合
B.正整数集是闭集合
C.集合M={n|n=3k,k∈Z}为闭集合
D.若集合A1,A2为闭集合,则A1∪A2为闭集合
解析:C 选项A:当集合M={-4,-2,0,2,4}时,2,4∈M,而2+4=6∉M,所以集合M不为闭集合,A选项错误;选项B:设a,b是任意的两个正整数,则a+b∈M,当a<b时,a-b是负数,不属于正整数集,所以正整数集不为闭集合,B选项错误;选项C:当M={n|n=3k,k∈Z}时,设a=3k1,b=3k2,k1,k2∈Z,则a+b=3(k1+k2)∈M,a-b=3(k1-k2)∈M,所以集合M是闭集合,C选项正确;选项D:设A1={n|n=3k,k∈Z},A2={n|n=2k,k∈Z},由C可知,集合A1,A2为闭集合,2,3∈(A1∪A2),而(2+3)∉(A1∪A2),故A1∪A2不为闭集合,D选项错误.
第二节 常用逻辑用语
全称量词命题与存在量词命题
考向1 含量词命题的否定及真假判定
【例1】 (1)已知命题p:∃x∈R,x=-1或x=2,则( )
A.p:∀x∉R,x≠-1或x≠2
B.p:∀x∈R,x≠-1且x≠2
C.p:∀x∈R,x=-1且x=2
D.p:∃x∉R,x=-1或x=2
(2)下列命题为真命题的是( )
A.∃x∈R,ln(x2+1)<0
B.∀x>2,2x>x2
C.∃α,β∈R,sin(α-β)=sin α-sin β
D.∀x∈(0,π),sin x>cos x
答案:(1)B (2)C
解析:(1)注意“x=-1或x=2”的否定是“x≠-1且x≠2”,所以命题p的否定是“∀x∈R,x≠-1且x≠2”.
(2)∵x2+1≥1,∴ln(x2+1)≥0,故A是假命题;当x=3时,23<32,故B是假命题;当α=β=0时,sin(α-β)=sin α-sin β,故C是真命题;当x=∈(0,π)时,sin x=,cos x=,sin x<cos x,故D是假命题.故选C.
考向2 含量词的命题的应用
【例2】 已知命题“∃x∈R,使ax2-x+2≤0”是假命题,则实数a的取值范围是( )
A.(-,0) B.(0,)
C.(,+∞) D.(1,+∞)
解析:C 因为命题“∃x∈R,使ax2-x+2≤0”是假命题,所以命题“∀x∈R,ax2-x+2>0”是真命题,当a=0时,得x<2,不符合题意;当a≠0时,得解得a>.
充分条件、必要条件的判定
【例3】 (1)设x∈R,则“x2-5x<0”是“|x-1|<1”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
(2)(2023·全国甲卷7题)设甲:sin2α+sin2β=1,乙:sin α+cos β=0,则( )
A.甲是乙的充分条件但不是必要条件
B.甲是乙的必要条件但不是充分条件
C.甲是乙的充要条件
D.甲既不是乙的充分条件也不是乙的必要条件
答案:(1)B (2)B
解析:(1)不等式x2-5x<0的解集A={x|0<x<5},由|x-1|<1得-1<x-1<1,其解集B={x|0<x<2},则集合B是A的真子集,所以“x2-5x<0”是“|x-1|<1”的必要不充分条件,故选B.
(2)甲等价于sin2α=1-sin2β=cos2β,等价于sin α=±cos β,所以由甲不能推导出sin α+cos β=0,所以甲不是乙的充分条件;由sin α+cos β=0,得sin α=-cos β,平方可得sin2α=cos2β=1-sin2β,即sin2α+sin2β=1,所以由乙可以推导出甲,则甲是乙的必要条件.综上,选B.
充分、必要条件的探究与应用
【例4】 已知P={x|x2-8x-20≤0},非空集合S={x|1-m≤x≤1+m}.若x∈P是x∈S的必要条件,则m的取值范围为 [0,3] .
解析:由x2-8x-20≤0,得-2≤x≤10,∴P={x|-2≤x≤10}.∵x∈P是x∈S的必要条件,则S⊆P,∴
第三节 等式性质与不等式性质
比较两个数(式)的大小
【例1】 (1)已知0<a<,且M=+,N=+,则M,N的大小关系是( A )
A.M>N B.M<N
C.M=N D.不能确定
(2)若a=,b=,则a < b(填“>”或“<”).
解析:(1)∵0<a<,∴1+a>0,1+b>0,1-ab>0.∴M-N=+=>0,∴M>N.故选A.
(2)易知a,b都是正数,==log89>1,所以b>a.
不等式的基本性质
【例2】 (多选)若a>0>b>-a,c<d<0,则下列结论正确的是( )
A.ad>bc B.+<0
C.a-c>b-d D.a(d-c)>b(d-c)
解析:BCD 因为a>0>b,c<d<0,所以ad<0,bc>0,所以ad<bc,故A错误;因为0>b>-a,所以a>-b>0,因为c<d<0,所以-c>-d>0,所以a(-c)>(-b)(-d),所以ac+bd<0,cd>0,所以=+<0,故B正确;因为c<d,所以-c>-d,因为a>b,所以a+(-c)>b+(-d),即a-c>b-d,故C正确;因为a>0>b,d-c>0,所以a(d-c)>b(d-c),故D正确.
不等式性质的应用
【例3】 (必修第一册第43页5题改编)已知2<a<3,-1<b<5,则a+2b的取值范围是 (0,13) ,ab的取值范围是 (-3,15) .
解析:∵2<a<3,-1<b<5,∴-2<2b<10,∴0<a+2b<13,当-1<b<0时,0<-b<1,∴0<-ab<3,则-3<ab<0,当0<b<5时,0<ab<15,当b=0时,ab=0,综上,-3<ab<15.
第四节 基本不等式
利用基本不等式求最值
技法1 配凑法
【例1】 (1)设0<x<4,则y=3x(8-2x)的最大值为 24 ;
(2)函数f(x)=的最小值为 2 .
解析:(1)y=6x(4-x)≤6()2=24,当且仅当x=4-x,即x=2时,y=3x(8-2x)有最大值24.
(2)函数f(x)=的定义域为(-1,+∞),f(x)==+≥2=2,当且仅当=,即x=1时取等号,故当x=1时,f(x)取得最小值2.
技法2 常数代换法
【例2】 (1)已知a>0,b>0,a+b=1,则+的最小值为 4 ;
(2)已知正数a,b满足4a+b=ab,则a+b的最小值为 9 .
解析:(1)因为a+b=1,所以+=(+)·(a+b)=2+(+)≥2+2 =2+2=4.当且仅当a=b=时,取等号.
(2)因为4a+b=ab,所以+=1,所以a+b=(a+b)(+)=5++.因为a>0,b>0,所以+≥2=4(当且仅当=,即b=2a,此时a=3,b=6时取等号),所以a+b≥9.
技法3 消元法
【例3】 (必修第一册第58页5题改编)已知a>0,b>0,ab=a+b+3,则a+b的最小值为 6 .
解析:法一 ∵a>0,b>0,ab=a+b+3,∴a=且b-1>0,∴a+b=+b=1++b=+b-1+2≥2+2=6,当且仅当=b-1,即a=b=3时取得最小值.
法二 由ab=a+b+3,可得(a-1)(b-1)=4,又a>0,b>0,所以a>1,b>1,所以a+b=(a-1)+(b-1)+2≥2+2=6,当且仅当a=b=3时取得最小值.
法三 因为ab=a+b+3≤(a+b)2,故可得(a+b)2-4(a+b)-12≥0,即(a+b-6)(a+b+2)≥0,解得a+b≥6或a+b≤-2,又因为a>0,b>0,故a+b≥6(当且仅当a=b=3时取得最小值).
基本不等式的综合应用
【例4】 (2024·绍兴质检)若两个正实数x,y满足+=1,且不等式x+<m2-3m有解,则实数m的取值范围是( )
A.(-1,4)
B.(-4,1)
C.(-∞,-1)∪(4,+∞)
D.(-∞,0)∪(3,+∞)
解析:C 因为两个正实数x,y满足+=1,所以x+=(x+)(+)=2++≥2+2=4,当且仅当=,即x=2,y=8时取等号,因为不等式x+<m2-3m有解,所以m2-3m大于x+的最小值,即m2-3m>4,解得m<-1或m>4,即实数m的取值范围是(-∞,-1)∪(4,+∞),故选C.
利用基本不等式解决实际问题
【例5】 单位时间内通过道路上指定断面的车辆数被称为“道路容量”,与道路设施、交通服务、环境、气候等诸多条件相关.假设某条道路一小时通过的车辆数N满足关系N=,其中d0为安全距离,v为车速(m/s).当安全距离d0取30 m时,该道路一小时“道路容量”的最大值约为( )
A.135 B.149
C.165 D.195
解析:B 由题意得,N==≤≈149,当且仅当0.3v=,即v=10时取“=”,所以该道路一小时“道路容量”的最大值约为149.故选B.
第五节 一元二次不等式及其解法
不含参数的一元二次不等式的解法
【例1】 解下列不等式:
(1)-3x2-2x+8≥0;
(2)≤1.
解:(1)原不等式可化为3x2+2x-8≤0,
即(3x-4)(x+2)≤0,解得-2≤x≤,
所以原不等式的解集为.
(2)因为≤1,所以-1≤0,所以≤0,即≥0,此不等式等价于(x-4)(x-)≥0且x-≠0,解得x<或x≥4,故原不等式的解集为{x|x<或x≥4}.
含参数的一元二次不等式的解法
【例2】 解关于x的不等式ax2-(a+1)x+1<0(a>0).
解:原不等式可化为(ax-1)(x-1)<0,
因为a>0,所以a(x-)(x-1)<0.
所以当a>1时,解为<x<1;
当a=1时,解集为⌀;
当0<a<1时,解为1<x<.
综上,当0<a<1时,不等式的解集为;
当a=1时,不等式的解集为⌀;
当a>1时,不等式的解集为.
三个“二次”间的关系
【例3】 已知函数y=x2+ax+b(a,b∈R)的最小值为0,若关于x的不等式x2+ax+b<c的解集为{x|m<x<m+4},则实数c的值为( )
A.9 B.8
C.6 D.4
解析:D 由题意得=0,∴b=,又不等式x2+ax+b<c的解集为{x|m<x<m+4},∴方程x2+ax+-c=0的根为m,m+4,即m+m+4=-a,解得m=,∴m+=-2,又m2+am+-c=0,∴c=m2+am+=(m+)2=4.故选D.
判别式法解决恒成立问题
【例1】 若不等式-x2+2x+3≤a2-3a对任意实数x恒成立,求实数a的取值范围.
解:原不等式可化为x2-2x+a2-3a-3≥0,
∵该不等式对任意实数x恒成立,∴Δ≤0,
即4-4(a2-3a-3)≤0,即a2-3a-4≥0,
解得a≤-1或a≥4,
∴实数a的取值范围是{a|a≤-1或a≥4}.
数形结合法解决恒成立问题
【例2】 已知函数f(x)=x2-mx+2m-4(m∈R).当x>2时,不等式f(x)≥-1恒成立,求m的取值范围.
解:f(x)≥-1,即x2-mx+2m-3≥0在x>2时恒成立,
令g(x)=x2-mx+2m-3,
①若≤2,即m≤4,如图(ⅰ),
只需g(2)≥0,
即4-2m+2m-3≥0,1≥0恒成立,
∴m≤4满足题意;
②若>2,即m>4,如图(ⅱ),
只需Δ=m2-4(2m-3)≤0,
则(m-2)(m-6)≤0,∴4<m≤6.
综上所述,m的取值范围为{m|m≤6}.
分离参数法解决恒成立问题
【例3】 ∀x∈{x|2≤x≤3},不等式mx2-mx-1<0恒成立,求m的取值范围.
解:由不等式mx2-mx-1<0,得m(x2-x)<1,
因为x∈{x|2≤x≤3},所以x2-x>0,
所以m(x2-x)<1可化为m<恒成立.
因为x2-x=(x-)2-≤6,
所以≥,所以m<.
故m的取值范围是{m|m<}.
主参换位法解决恒成立问题
【例4】 已知a∈[-1,1]时,不等式x2+(a-4)x+4-2a>0恒成立,则x的取值范围为 (-∞,1)∪(3,+∞) .
解析:把不等式的左端看成关于a的函数,记f(a)=(x-2)a+x2-4x+4,则由f(a)>0对于任意的a∈[-1,1]恒成立,得f(-1)=x2-5x+6>0,且f(1)=x2-3x+2>0,解不等式组得x<1或x>3.
转化为函数(式子)的最值解决能成立问题
【例5】 已知f(x)=2x2-12x+10,若对于任意的x∈[1,3],不等式f(x)≤2+t能成立,则实数t的取值范围是 [-10,+∞) .
解析:不等式f(x)≤2+t在x∈[1,3]上能成立,等价于2x2-12x+8≤t在x∈[1,3]时有解,只要t≥(2x2-12x+8)min即可,不妨设g(x)=2x2-12x+8,x∈[1,3],则g(x)在[1,3]上单调递减,所以g(x)≥g(3)=-10,所以t≥-10.
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