内容正文:
第03讲 交集、并集
题型梳理
易错分析
易错点一 考虑问题不全面,等价变换时易出错
题型方法
题型一 集合交、并、补的综合运算
题型二 利用Venn图求集合
题型三 区间的概念及应用
题型四 集合运算的综合应用
题型五 补集思想的应用
题型六 容斥原理的应用
题型七 集合的新定义问题
知识清单
知识点1 交集与并集
交集
并集
文字语言
由所有属于集合A且属于集合B的元素构成的集合,称为A与B的交集,记作A∩B(读作“A交B”)
由所有属于集合A或者属于集合B的元素构成的集合,称为A与B的并集,记作A∪B(读作“A并B”)
符号语言
A∩B={x|x∈A,且x∈B}
A∪B={x|x∈A,或x∈B}
图形语言
运算性质
A∩B=B∩A;
A∩A=A;
A∩⌀=⌀=⌀∩A;
(A∩B)⊆A;
(A∩B)⊆B;
A⊆B⇔A∩B=A
A∪B=B∪A;
A∪A=A;
A∪⌀=A=⌀∪A;
A⊆(A∪B);
B⊆(A∪B);
A⊆B⇔A∪B=B
2. 德·摩根定律
(1)∁U(A∩B)=(∁UA)∪(∁UB);
(2)∁U(A∪B)=(∁UA)∩(∁UB).
知识点2 区间
1. 设a,b∈R,且a<b,规定[a,b]叫作闭区间;(a,b)叫作开区间;[a,b),(a,b]叫作半开半闭区间;a,b叫作相应区间的端点.
2. 在数轴上表示时,闭区间用实心圆点表示,开区间用空心圆圈表示.
知识点3 集合的混合运算
1. 在进行集合的混合运算时,一般先运算括号内的部分,再根据运算顺序依次进行运算.
2. 集合的混合运算的分类
(1)有限集(或可以列举的无限集)的运算,运用列举法,按照运算的定义进行运算,注意集合中元素的互异性;
(2)与不等式有关的无限集的运算,借助数轴,按照运算的定义进行运算,注意是否去掉端点值;
(3)抽象集的运算,利用Venn图,借助直观图形,按照运算的定义进行运算.
知识点4 已知集合间的运算关系求参
1. 由集合间的运算关系求参的思路
(1)将集合间的运算关系转化为两个(或多个)集合之间的关系. 若集合中的元素能被一一列举,则可用观察法;若集合与不等式有关,则可用数轴求解.
(2)将集合之间的关系转化为方程(组)或不等式(组),求解即可. 在求解时注意集合中元素的互异性和空集的特殊性.
知识点5 通过集合知识发展数学抽象、数学运算的素养
1. 集合是现代数学的基本语言,本质上,集合源于对数量与数量关系的抽象,集合的概念就是舍去事物的一切物理属性,得到抽象的数学结构,是数量与数量关系抽象的更高层次.
2. 抽象的过程实际上是对数学概念与数量关系等理解与应用的过程. 集合中的新定义问题能很好地体现数学抽象与数学运算的素养水平,此类问题不是简单考查集合的概念或性质(集合中元素的特性、集合的运算性质等),而是以集合为载体,通过定义新概念、新法则、新运算等,理解符号所代表的数量关系和变化规律,并能运用集合的性质进行符号间的转化.
易错分析
【易错点一】考虑问题不全面,等价变换时易出错
【例1】(23-24高一上·江苏南通·阶段练习)已知集合,且,求.
【答案】
【分析】根据,求出的值,然后代入集合中,验证是否满足题意,再求解即可.
【详解】因为,
所以或,
①若,解得或;
当时,,
则舍去;
当时,,
则舍去;
②若,则,
此时,则
符合题意,
所以.
【举一反三】【变式1】(22-23高一上·江苏宿迁·阶段练习)已知集合,若,求实数的值及.
【答案】,
【分析】由交集的运算可知,则或,分别求值并验证集合是否满足题意和元素的互异性,从而确定的值,进而得解.
【详解】因为,所以且,
又 ,所以或,解得或;
当时,,,则,与已知矛盾,舍去;
当时,,,集合不满足集合的互异性,舍去;
当时,,,则,满足题意;
综上,,此时.
【变式2】(24-25高一上·江苏常州·阶段练习)设集合,.
(1)当时,求和;
(2)若,求实数的取值范围.
【答案】(1),
(2)
【分析】(1)计算集合,根据集合交集并集定义计算即可;
(2)由可得,分和两种情况讨论即可.
【详解】(1)当时,,
所以,
(2)由题意,得或,
因为,所以
①当时,,满足;
②当时,,
所以,
所以,解得
综上所述,实数的取值范围是.
【变式3】(23-24高一上·江苏苏州·阶段练习)已知集合,.
(1)若,求;
(2)若,求实数的取值范围.
【答案】(1)
(2)
【分析】第一问用交集和补集的定义直接求解即可,第二问讨论集合是否为空集,分情况求解即可.
【详解】(1)当时,,
故
(2),,当时,,解得
当时,解得,另有解得
综上的范围是
题型方法
【题型一】集合交、并、补的综合运算
【例1】(21-22高一上·江苏扬州·期末)已知集合,,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据集合的补集及交集计算即可.
【详解】因为集合,,
则,
则.
故选:A.
解题技巧
交集运算的注意点
若A,B是无限连续的数集,多利用数轴来求解.但要注意,利用数轴表示不等式时,含有端点的值用实心点表示,不含有端点的值用空心点表示
(1)并集的运算技巧
①若集合是有限集,则直接根据并集的定义求解,但要注意集合中元素的互异性.
②若集合是无限集,可借助数轴,利用数轴分析法求解,但要注意是否去掉端点值.
(2)利用集合交集、并集的性质解题的技巧
在进行集合运算时,若条件中出现A∩B=A或A∪B=B,应转化为A⊆B,然后用集合间的关系解决问题,并注意A=∅的情况.
交、并、补集的运算性质
A∪(∁UA)=U;A∩(∁UA)=∅;∁U(∁UA)=A;∁UU=∅;∁U∅=U;A⊆B⇔∁UB⊆∁UA;B⊆A⇔∁UA⊆∁UB;∁U(A∩B)=(∁UA)∪(∁UB);∁U(A∪B)=(∁UA)∩(∁UB
【举一反三】【变式1】(24-25高一上·江苏苏州·阶段练习)已知集合,或,则 .
【答案】
【分析】根据交集、补集的定义进行计算得出结果.
【详解】因为或,所以,
又,
所以.
故答案为:.
【变式2】(24-25高一上·江苏连云港·阶段练习)已知,集合,求:
(1)和;
(2).
【答案】(1),
(2)或
【分析】(1)由交集和并集的运算可得结果;
(2)由补集和并集的运算可得结果.
【详解】(1)因为,
所以,.
(2)因为,,
所以或,或
于是或.
【变式3】(24-25高一上·江苏淮安·阶段练习)已知全集,,求
(1)
(2)
(3)
【答案】(1)
(2)
(3)
【分析】(1)由并集定义计算即可得;
(2)由补集定义及交集定义计算即可得;
(3)由交集定义及补集定义计算即可得.
【详解】(1)由,则;
(2)由,,则,
又,故;
(3)由,则,
又,故.
【题型二】利用Venn图求集合
【例2】(24-25高一上·江苏盐城·期末)已知为全集,其三个非空子集、、满足,则下列集合为空集的是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】结合venn图即可求解;
【详解】
由图可知,,不是空集,
故选:C
【举一反三】【变式1】(24-25高一上·江苏·期末)已知全集,集合满足,则下列关系一定正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】由可知,再根据集合的关系及交集和补集的运算,结合文恩图依次判断选项.
【详解】由可知,故AB错误;
如图,
对于C选项,,正确;
对于D选项,,错误.
故选:C
【变式2】(24-25高一上·江苏常州·阶段练习)如图,已知矩形表示全集,,是的两个子集,则阴影部分表示为 .
【答案】
【分析】图中阴影部分表示,根据交集、补集的定义计算可得.
【详解】因为,,
所以,
所以图中阴影部分表示.
故答案为:
【变式3】(22-23高一上·江苏苏州·阶段练习)设全集为,集合,或.
(1)求如图阴影部分表示的集合;
(2)已知集合,若,求实数的取值范围.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)图中阴影部分表示,再根据交集、补集的定义计算可得;
(2)依题意可得,解得即可.
【详解】(1)解:因为,或,
所以,
所以图中阴影部分表示;
(2)解:因为,或且,
所以,解得;
【题型三】区间的概念及应用
【例3】已知集合,,则= .(写成区间形式)
【答案】
【分析】根据不等式的解法,易得或,进而由并集的意义可得答案.
【详解】因为或,,所以 .故填.
【点睛】本题考查并集的运算,注意结合数轴来求解.
解题技巧
用区间表示数集的方法
(1)区间左端点值小于右端点值.
(2)区间两端点之间用“,”隔开.
(3)含端点值的一端用中括号,不含端点值的一端用小括号.
(4)以“-∞”“+∞”为区间的一端时,这端必须用小括号
【举一反三】【变式1】设集合,若是的真子集,则的取值范围为 .(结果用区间表示)
【答案】
【分析】先化简集合,再由题得,解不等式组得解.
【详解】因为,
因为是的真子集,所以
解得.
故答案为
【点睛】本题主要考查分式不等式的解法,考查根据集合的关系求参数,意在考查学生对这些知识的理解掌握水平和分析推理能力.
【变式2】(23-24高一上·江苏连云港·阶段练习)已知,则 .(用区间形式书写)
【答案】
【分析】根据交集的知识求得正确答案.
【详解】依题意,,
所以.
故答案为:
【变式3】(20-21高一上·江苏苏州·阶段练习)已知,或,且,则实数的取值范围为 (用区间表示).
【答案】
【解析】由已知结合两集合端点值间的关系列不等式组求得答案.
【详解】解:∵,或,
若,
则,
即.
∴实数的取值范围为.
故答案为:.
【题型四】集合运算的综合应用
【例4】(24-25高一上·江苏苏州·阶段练习)设集合,集合,则的元素个数为( )
A.3 B.4 C.5 D.32
【答案】B
【分析】利用并集的定义求得,可得结论.
【详解】因为,
所以的元素个数为4个.
故选:B.
【举一反三】【变式1】(24-25高一上·江苏苏州·阶段练习)集合,若.则实数a的范围是( )
A. B.
C.或 D.或
【答案】A
【分析】根据题意得分析得,再对集合中参数与的关系作分类讨论,根据子集关系确定出的范围.
【详解】因为,则,
当时,不成立,所以,所以满足,
当时,因为,所以,
又因为,所以,所以,
当时,因为,所以,
又因为,所以,所以,
综上可知:.
故选:A.
【变式2】(23-24高一上·江苏扬州·阶段练习)已知集合,若且,则的个数为 .
【答案】
【分析】根据且,可得,然后求出的子集个数,即可求解.
【详解】因为且,集合,
可得:,又因为,
所以:集合的子集有:,,,,共种情况,
所以集合的个数为.
故答案为:.
【变式3】(23-24高一上·江苏常州·期中)已知集合,
(1)求集合中的所有整数;
(2)若,求实数的取值范围.
【答案】(1),0,1,2,3;
(2).
【分析】(1)对集合进行求解,得到,从而找到中的所有整数;
(2)根据题干中的关系式,得到,从而根据子集关系进行讨论,为空集,或者不为空集即可得到实数的取值范围.
【详解】(1)不等式,解得,得
∴集合中的所有整数为,0,1,2,3;
(2)∵,∴,
①当时,,即,成立;
②当时,由,有,解得,
所以实数的取值范围为
【题型五】补集思想的应用
【例5】(22-23高一上·江苏苏州·阶段练习)若集合,且,则实数m的取值集合为( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】由,可得,然后求出集合,分和两种情况求解即可.
【详解】因为,所以,
由,得,解得或,
所以,
当时,符合题意,则,
当时,则,
由,得或,解得或,
综上,实数m的取值集合为,
故选:C
【举一反三】【变式1】(24-25高一上·江苏宿迁·阶段练习)已知集合,,若,则实数的取值范围是 .
【答案】
【分析】分别在,条件下,结合条件列不等式可求的取值范围.
【详解】当时,满足,此时,故;
当时,由,,,
可得或,
所以或,
综上,或,
所以的取值范围是.
故答案为:.
【变式2】(23-24高一上·江苏苏州·阶段练习)已知集合,.
(1)若,求实数的取值范围;
(2)若,求实数的取值范围.
【答案】(1)
(2)
【分析】根据包含关系,结合数轴即可求.
【详解】(1)∵,∴
由,
,则,
所以的取值范围是.
(2)∵,
,则,
所以的取值范围是.
【变式3】(23-24高一上·江苏连云港·阶段练习)已知集合,.
(1)当时,求;
(2)若,求实数m的取值范围.
【答案】(1);
(2).
【分析】(1)应用集合并运算求结果;
(2)由题设,讨论、列不等式求参数范围.
【详解】(1)由题设,则
(2)由,
若,则,满足题设;
若,则,满足题设;
综上,.
【题型六】容斥原理的应用
【例6】(24-25高一上·江苏·阶段练习)为提升学生学习双语的热情“G11•四市十一校”教学联盟计划在2025年4月举行“语文情境默写”、“英语读后续写”两项竞赛,我校计划派出20人的代表队,据了解其中擅长语文的有10名同学,擅长英语的有12名同学,两项都擅长的有5名同学,请问该代表队误选了几名均不擅长的同学?( )
A.1 B.2 C.3 D.5
【答案】C
【分析】利用venn图,结合集合的运算求解.
【详解】设擅长语文的同学构成集合,擅长英语的同学构成集合,20人代表队构成全集,
则,,,,
,
,
所以语文和英语均不擅长的同学人数为人.
故选:C.
【举一反三】【变式1】(24-25高一上·江苏无锡·阶段练习)一群学生参加学科夏令营,每名同学参加至少一个学科考试.已知有80名学生参加了数学考试,50名学生参加了物理考试,45名学生参加了化学考试,学生总数是只参加一门考试学生数的2倍,也是参加三门考试学生数的4倍,则学生总数为( )
A.100名 B.108名 C.120名 D.前三个答案都不对
【答案】A
【分析】分别设出只参加一科,只参加两科和三科都参加的学生数,按照条件列出等式计算,可得出结果.
【详解】设只参加了数学、物理、化学考试的学生数分别为,,;
参加了两门学科考试的同学中参加了数学和物理、物理和化学、化学和数学的学生数分别为,,;
同时参加了三门学科考试的学生数为,如图.
根据题意,有,
前面三个等式相加,可得.
由第四个等式可得,,
因此,
解得.因此学生总数为.
故选:A.
【变式2】(24-25高一上·江苏镇江·期中)某班有17人参加田径与球类比赛,其中参加田径的有8名同学,两项都参加的有3名同学,则参加球类比赛的人数是 .
【答案】
【分析】根据题意,先求得只参加田径的人数,从而得到结果.
【详解】由题意可知,只参加田径的有人,
所以参加球类比赛的人数是人.
故答案为:
【变式3】(21-22高三上·江苏宿迁·阶段练习)学校先举办了一次田径运动会,某班有名同学参赛,又举办了一次球类运动会,这个班有名同学参赛,两次运动会都参赛的有人.两次运动会中,这个班共有多少名同学参赛?
【答案】
【分析】作出韦恩图,可求得这个班参赛的学生人数.
【详解】设这个班参赛的学生人数为,如下图所示:
由图可知,这个班参赛的学生人数为.
【题型七】集合的新定义问题
【例7】(24-25高一上·江苏南通·阶段练习)两个集合和,用中元素为第一元素,中元素为第二元素构成有序对,所有这样的有序对组成的集合叫作和的笛卡尔积,又称直积,记为,即.关于非空集合,下列说法正确的是( )
A.若,,则
B.若集合的元素个数分别为,则的元素个数为
C.
D.
【答案】D
【分析】根据直积的定义可判断AD的正误,根据反例可判断BC的正误.
【详解】对于A,,故A错误;
对于B,设,,则,的元素个数为,不是3,故B错误;
对于C,结合B的实例,,而,两者不相同,故C错误;
对于D,任意,则存在,
使得,因为且,故且,
故,故
任意,则存在,使得,
故,故,故,
故,
故选:D
【点睛】关键点睛:证明两个集合相等,关键是证明它们彼此包含,后者依据定义证明.
【举一反三】【变式1】(多选)(24-25高一上·江苏南通·阶段练习)已知集合是由个正整数组成的集合,如果任意去掉其中一个元素之后,剩余的所有元素组成的集合都能分为两个交集为空集的集合,且这两个集合的所有元素之和相等,就称集合为“可分集合”.下列说法正确的是( )
A.不是“可分集合”
B.是“可分集合”
C.四个元素的集合可能是“可分集合”
D.五个元素的集合不可能是“可分集合”
【答案】ABD
【分析】去掉3,由“可分集合”的定义判断即可判断A,逐一去掉一个元素,列举即可可判断BD;不妨设,讨论当在集合,,,,中去掉元素、后,将剩余元素构成的集合,结合“可分集合”的定义进行分拆,得出等式,推出矛盾,即可判断D;
【详解】对于A,去掉3后,,2,不满足定义,,2,3,不是“可分集合”, A正确;
对于B,集合所有元素之和为49,
当去掉元素1时,剩下的元素之和为48,集合,5,7,与,的元素和相等,符合题意;
当去掉元素3时,剩下的元素之和为46,集合,9,与,7,的元素和相等,符合题意;
当去掉元素5时,剩下的元素之和为44,集合,3,7,与,的元素和相等,符合题意;
当去掉元素7时,剩下的元素之和为42,集合,9,与,5,的元素和相等,符合题意;
当去掉元素9时,剩下的元素之和为40,集合,3,5,与,的元素和相等,符合题意;
当去掉元素11时,剩下的元素之和为38,集合,7,与,5,的元素和相等,符合题意;
当去掉元素13时,剩下的元素之和为36,集合,3,5,与,的元素和相等,符合题意;
因此集合是“可分集合”, B正确;
对于C,不妨设,去掉,则,去掉,则,
于是,与矛盾,
因此,,,一定不是“可分集合”, C错误;
对于D,不妨设,
若去掉元素,将集合,,,分成两个交集为空集的子集,
且两个子集元素之和相等,则有,或者②,
若去掉元素,将集合,,,分成两个交集为空集的子集,
且两个子集元素之和相等,则有③,或者④,
由①③或②④得,矛盾;
由①④或②③得,矛盾,
因此集合,,,,不是“可分集合”, D正确.
故选:ABD.
【点睛】方法点睛:对于以集合为背景的新定义问题的求解策略:
1、紧扣新定义,首先分析新定义的特点,把心定义所叙述的问题的本质弄清楚,应用到具体的解题过程中;
2、用好集合的性质,解题时要善于从试题中发现可以使用的集合的性质的一些因素.
3、涉及有交叉集合的元素个数问题往往可采用维恩图法,基于课标要求的,对于集合问题,要熟练基本的概念,数学阅读技能、推理能力,以及数学抽象和逻辑推理能力
【变式2】(24-25高一上·江苏徐州·阶段练习)设、是非空集合,定义:且,已知,,则 .
【答案】或
【分析】由已知可得,,根据的定义即可求解.
【详解】因为,,
所以,,
因为且,
所以或.
故答案为:或
【变式3】(23-24高一上·江苏淮安·期中)对于集合A,B,我们把集合叫作集合A与B的差集,记为;可用图中的阴影部分来表示.
(1)若,,求集合和;
(2)集合,集合,若,求实数m的取值范围.
【答案】(1),
(2)
【分析】(1)由函数的新定义求解即可;
(2)先求出集合,再由可得,即,解不等式即可得出答案.
【详解】(1)由,可知:,,
(2)由可得:,
由题意可知,
由可知;
所以,解得,
所以
好题必刷
一、单选题
1.(24-25高一上·江苏徐州·期中)若全集,,,则.( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】由并集、补集运算的定义直接求解即可.
【详解】因为,,所以,又,
所以.
故选:C
2.(24-25高一上·江苏常州·期末)已知集合,,则( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【分析】根据并集的定义直接求解即可.
【详解】因为,,
所以.
故选:B
3.(24-25高一上·江苏镇江·期末)已知集合,则( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】根据交集含义即可得到答案.
【详解】根据交集含义知.
故选:C.
4.(23-24高一上·江苏盐城·期中)已知全集,集合,则图中阴影部分所表示的集合是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】由图确定阴影部分所表示的集合为,再根据集合的补集以及交集的运算,即可得答案.
【详解】由图可知图中阴影部分所表示的集合为,
由于全集,集合,
故,则,
故选:C
5.(22-23高一上·江西景德镇·期中)某城市数、理、化竞赛时,高一某班有26名学生参加数学竞赛,25名学生参加物理竞赛,23名学生参加化学竞赛,其中参加数、理、化三科竞赛的有7名,只参加数、物两科的有6名,只参加物、化两科的有8名,只参加数、化两科的有5名.若该班学生共有51名,则没有参加任何竞赛的学生共有( )名
A.7 B.8 C.9 D.10
【答案】D
【分析】画出图,由题意求出分别单独参加物理、数学和化学的人数,即可求出参赛人数,进而求出没有参加任何竞赛的学生.
【详解】画三个圆分别代表数学、物理、化学的人,
因为有26名学生参加数学竞赛,25名学生参加物理竞赛,23名学生参加化学竞赛,
参加数、理、化三科竞赛的有7名,只参加数、化两科的有5名,
只参加数、物两科的有6名,只参加物、化两科的有8名,
所以单独参加数学的有人,
单独参加物理的有人,单独参加化学的有,
故参赛人数共有人,
没有参加任何竞赛的学生共有人.
故选:D.
二、多选题
6.(24-25高一上·江苏南通·期末)下列集合表示图中阴影部分的为( )
A. B.
C. D.
【答案】ABD
【分析】由集合的图示表示,再根据集合间的基本关系即可得出结论.
【详解】易知图中的阴影部分表示在集合中去除两集合的交集部分,即可表示为,即A正确;
还可表示为集合的补集与集合的交集,即,即D正确;
也可表示为集合的补集与集合的交集,即,B正确.
故选:ABD
7.(24-25高一上·江苏镇江·期中)用来表示有限集合中元素的个数,例如,,则.已知是全集,,是的两个非空真子集,.( )
A.若,则
B.若,,则
C.若,,,则
D.若,则
【答案】ABD
【分析】根据的定义对选项进行分析,从而确定正确答案.
【详解】A选项,,,所以,
所以A选项正确.
B选项,,,,
则,所以B选项正确.
C选项,,,
所以C选项错误.
D选项,若,
则
,
所以D选项正确.
故选:ABD
【点睛】解新定义题型的步骤:(1)理解“新定义”——明确“新定义”的条件、原理、方法、步骤和结论.(2)重视“举例”,利用“举例”检验是否理解和正确运用“新定义”;归纳“举例”提供的解题方法.归纳“举例”提供的分类情况.(3)类比新定义中的概念、原理、方法,解决题中需要解决的问题.
8.(24-25高一上·江苏连云港·阶段练习)已知集合,,结论正确的有( )
A.若,则实数的取值范围是
B.若,则实数的取值范围是
C.若,则实数的取值范围是
D.若,则实数的取值范围是
【答案】ABD
【分析】可以结合数轴,或转化为集合间的关系即可确定实数的取值范围.
【详解】解:对于A:因为,所以,故A正确;
对于B:因为,所以,所以,故B正确;
对于C:因为,所以,所以,故C错误;
对于D:因为,所以,所以,故D正确.
故选:ABD.
三、填空题
9.(23-24高一上·江苏徐州·期中)对于集合,,我们把集合叫做集合与的差集,记作.若,,则 .
【答案】
【分析】利用定义进行直接计算.
【详解】由差集的定义,,,
则.
故答案为:.
10.(24-25高一上·江苏常州·阶段练习)设全集,集合,,则 .
【答案】
【分析】根据补集和并集的定义求解即得.
【详解】因为全集,
集合,所以,
又,所以
故答案为:.
11.(23-24高一上·江苏镇江·期中)设为实数,集合,,若,则的取值范围是 .
【答案】
【分析】根据交集的定义求解即可.
【详解】由,,,
所以,即,
所以的取值范围是.
故答案为:.
12.(24-25高一上·江苏·期中)若或,则实数的取值范围为 .
【答案】
【分析】根据并集的运算进行求解即可.
【详解】由或,
则,解得,
故答案为:.
13.(21-22高一上·江苏徐州·期中)学校举办运动会时,高一(1)班共有28名同学参加比赛,有15人参加游泳比赛,有8人参加田径比赛,有14人参加球类比赛,同时参加游泳比赛和田径比赛的有3人,同时参加游泳比赛和球类比赛的有3人,没有人同时参加三项比赛,同时参加由径和球类比赛的有 人?只参加游泳一项比赛的有 人?
【答案】 3 9
【分析】结合韦恩图,利用集合的基本运算求解.
【详解】解:如图所示:
设A={游泳},B={田径},C={球类},
由题意得:,
,
所以,
则,
,
所以,
所以参加由径和球类比赛的有3人,只参加游泳一项比赛的有9人,
故答案为:3,9
四、解答题
14.(24-25高一上·江苏·期中)已知集合,,.求:
(1);
(2);
(3).
【答案】(1)
(2)
(3)或
【分析】根据集合的交并补的运算依次求解即可.
【详解】(1)由交集的运算性质得.
(2)由并集的运算性质得.
(3)由题意,或,
即或.
15.(24-25高一上·江苏淮安·期中)已知集合,,.
(1)求,,;
(2)若,求实数a的取值范围.
【答案】(1),,
(2)
【分析】(1)根据集合间的运算求解即可;
(2)由,得,再结合包含关系求解即可.
【详解】(1)因为集合,,
所以,,
则,
由,得.
(2)由,得,
所以,解得,
所以实数的取值范围为.
16.(24-25高一上·江苏徐州·期中)已知全集,集合,.
(1)当时,求;
(2)若,求的取值范围.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)求出集合,当时,写出集合,利用补集和并集的定义可得出集合;
(2)分析可知,,且,根据集合的包含关系可得出关于实数的不等式组,由此可解得实数的取值范围.
【详解】(1)解:因为,
当时,,则或,
此时,.
(2)解:因为,则,
显然,则,解得,
因此,实数的取值范围是.
17.(22-23高一上·江苏盐城·期中)我们知道,如果集合,那么S的子集A的补集为.类似地,对于集合A,B,我们把集合叫做集合A的B的差集,记作.例如.,则有,据此,试回答下列问题:
已知集合 ,集合
(1)当时,求A—B;
(2)若,求实数m的取值范围.
【答案】(1)
(2)(—∞,2]
【分析】(1)根据差集的定义直接求解即可.
(2)利用分类讨论的思想求解即可.
【详解】(1)∵
∴..
(2)∵
又∵
当时,
∴
当时,
∴
综上所述,实数m的取值范围为
1
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第03讲 交集、并集
题型梳理
易错分析
易错点一 考虑问题不全面,等价变换时易出错
题型方法
题型一 集合交、并、补的综合运算
题型二 利用Venn图求集合
题型三 区间的概念及应用
题型四 集合运算的综合应用
题型五 补集思想的应用
题型六 容斥原理的应用
题型七 集合的新定义问题
知识清单
知识点1 交集与并集
交集
并集
文字语言
由所有属于集合A且属于集合B的元素构成的集合,称为A与B的交集,记作A∩B(读作“A交B”)
由所有属于集合A或者属于集合B的元素构成的集合,称为A与B的并集,记作A∪B(读作“A并B”)
符号语言
A∩B={x|x∈A,且x∈B}
A∪B={x|x∈A,或x∈B}
图形语言
运算性质
A∩B=B∩A;
A∩A=A;
A∩⌀=⌀=⌀∩A;
(A∩B)⊆A;
(A∩B)⊆B;
A⊆B⇔A∩B=A
A∪B=B∪A;
A∪A=A;
A∪⌀=A=⌀∪A;
A⊆(A∪B);
B⊆(A∪B);
A⊆B⇔A∪B=B
2. 德·摩根定律
(1)∁U(A∩B)=(∁UA)∪(∁UB);
(2)∁U(A∪B)=(∁UA)∩(∁UB).
知识点2 区间
1. 设a,b∈R,且a<b,规定[a,b]叫作闭区间;(a,b)叫作开区间;[a,b),(a,b]叫作半开半闭区间;a,b叫作相应区间的端点.
2. 在数轴上表示时,闭区间用实心圆点表示,开区间用空心圆圈表示.
知识点3 集合的混合运算
1. 在进行集合的混合运算时,一般先运算括号内的部分,再根据运算顺序依次进行运算.
2. 集合的混合运算的分类
(1)有限集(或可以列举的无限集)的运算,运用列举法,按照运算的定义进行运算,注意集合中元素的互异性;
(2)与不等式有关的无限集的运算,借助数轴,按照运算的定义进行运算,注意是否去掉端点值;
(3)抽象集的运算,利用Venn图,借助直观图形,按照运算的定义进行运算.
知识点4 已知集合间的运算关系求参
1. 由集合间的运算关系求参的思路
(1)将集合间的运算关系转化为两个(或多个)集合之间的关系. 若集合中的元素能被一一列举,则可用观察法;若集合与不等式有关,则可用数轴求解.
(2)将集合之间的关系转化为方程(组)或不等式(组),求解即可. 在求解时注意集合中元素的互异性和空集的特殊性.
知识点5 通过集合知识发展数学抽象、数学运算的素养
1. 集合是现代数学的基本语言,本质上,集合源于对数量与数量关系的抽象,集合的概念就是舍去事物的一切物理属性,得到抽象的数学结构,是数量与数量关系抽象的更高层次.
2. 抽象的过程实际上是对数学概念与数量关系等理解与应用的过程. 集合中的新定义问题能很好地体现数学抽象与数学运算的素养水平,此类问题不是简单考查集合的概念或性质(集合中元素的特性、集合的运算性质等),而是以集合为载体,通过定义新概念、新法则、新运算等,理解符号所代表的数量关系和变化规律,并能运用集合的性质进行符号间的转化.
易错分析
【易错点一】考虑问题不全面,等价变换时易出错
【例1】(23-24高一上·江苏南通·阶段练习)已知集合,且,求.
【举一反三】【变式1】(22-23高一上·江苏宿迁·阶段练习)已知集合,若,求实数的值及.
【变式2】(24-25高一上·江苏常州·阶段练习)设集合,.
(1)当时,求和;
(2)若,求实数的取值范围.
【变式3】(23-24高一上·江苏苏州·阶段练习)已知集合,.
(1)若,求;
(2)若,求实数的取值范围.
题型方法
【题型一】集合交、并、补的综合运算
【例1】(21-22高一上·江苏扬州·期末)已知集合,,则( )
A. B. C. D.
解题技巧
交集运算的注意点
若A,B是无限连续的数集,多利用数轴来求解.但要注意,利用数轴表示不等式时,含有端点的值用实心点表示,不含有端点的值用空心点表示
(1)并集的运算技巧
①若集合是有限集,则直接根据并集的定义求解,但要注意集合中元素的互异性.
②若集合是无限集,可借助数轴,利用数轴分析法求解,但要注意是否去掉端点值.
(2)利用集合交集、并集的性质解题的技巧
在进行集合运算时,若条件中出现A∩B=A或A∪B=B,应转化为A⊆B,然后用集合间的关系解决问题,并注意A=∅的情况.
交、并、补集的运算性质
A∪(∁UA)=U;A∩(∁UA)=∅;∁U(∁UA)=A;∁UU=∅;∁U∅=U;A⊆B⇔∁UB⊆∁UA;B⊆A⇔∁UA⊆∁UB;∁U(A∩B)=(∁UA)∪(∁UB);∁U(A∪B)=(∁UA)∩(∁UB
【举一反三】【变式1】(24-25高一上·江苏苏州·阶段练习)已知集合,或,则 .
【变式2】(24-25高一上·江苏连云港·阶段练习)已知,集合,求:
(1)和;
(2).
【变式3】(24-25高一上·江苏淮安·阶段练习)已知全集,,求
(1)
(2)
(3)
【题型二】利用Venn图求集合
【例2】(24-25高一上·江苏盐城·期末)已知为全集,其三个非空子集、、满足,则下列集合为空集的是( )
A. B. C. D.
【举一反三】【变式1】(24-25高一上·江苏·期末)已知全集,集合满足,则下列关系一定正确的是( )
A. B.
C. D.
【变式2】(24-25高一上·江苏常州·阶段练习)如图,已知矩形表示全集,,是的两个子集,则阴影部分表示为 .
【变式3】(22-23高一上·江苏苏州·阶段练习)设全集为,集合,或.
(1)求如图阴影部分表示的集合;
(2)已知集合,若,求实数的取值范围.
【题型三】区间的概念及应用
【例3】已知集合,,则= .(写成区间形式)
解题技巧
用区间表示数集的方法
(1)区间左端点值小于右端点值.
(2)区间两端点之间用“,”隔开.
(3)含端点值的一端用中括号,不含端点值的一端用小括号.
(4)以“-∞”“+∞”为区间的一端时,这端必须用小括号
【举一反三】【变式1】设集合,若是的真子集,则的取值范围为 .(结果用区间表示)
【变式2】(23-24高一上·江苏连云港·阶段练习)已知,则 .(用区间形式书写)
【变式3】(20-21高一上·江苏苏州·阶段练习)已知,或,且,则实数的取值范围为 (用区间表示).
【题型四】集合运算的综合应用
【例4】(24-25高一上·江苏苏州·阶段练习)设集合,集合,则的元素个数为( )
A.3 B.4 C.5 D.32
【举一反三】【变式1】(24-25高一上·江苏苏州·阶段练习)集合,若.则实数a的范围是( )
A. B.
C.或 D.或
【变式2】(23-24高一上·江苏扬州·阶段练习)已知集合,若且,则的个数为 .
【变式3】(23-24高一上·江苏常州·期中)已知集合,
(1)求集合中的所有整数;
(2)若,求实数的取值范围.
【题型五】补集思想的应用
【例5】(22-23高一上·江苏苏州·阶段练习)若集合,且,则实数m的取值集合为( )
A. B.
C. D.
【举一反三】【变式1】(24-25高一上·江苏宿迁·阶段练习)已知集合,,若,则实数的取值范围是 .
【变式2】(23-24高一上·江苏苏州·阶段练习)已知集合,.
(1)若,求实数的取值范围;
(2)若,求实数的取值范围.
【变式3】(23-24高一上·江苏连云港·阶段练习)已知集合,.
(1)当时,求;
(2)若,求实数m的取值范围.
【题型六】容斥原理的应用
【例6】(24-25高一上·江苏·阶段练习)为提升学生学习双语的热情“G11•四市十一校”教学联盟计划在2025年4月举行“语文情境默写”、“英语读后续写”两项竞赛,我校计划派出20人的代表队,据了解其中擅长语文的有10名同学,擅长英语的有12名同学,两项都擅长的有5名同学,请问该代表队误选了几名均不擅长的同学?( )
A.1 B.2 C.3 D.5
【举一反三】【变式1】(24-25高一上·江苏无锡·阶段练习)一群学生参加学科夏令营,每名同学参加至少一个学科考试.已知有80名学生参加了数学考试,50名学生参加了物理考试,45名学生参加了化学考试,学生总数是只参加一门考试学生数的2倍,也是参加三门考试学生数的4倍,则学生总数为( )
A.100名 B.108名 C.120名 D.前三个答案都不对
【变式2】(24-25高一上·江苏镇江·期中)某班有17人参加田径与球类比赛,其中参加田径的有8名同学,两项都参加的有3名同学,则参加球类比赛的人数是 .
【变式3】(21-22高三上·江苏宿迁·阶段练习)学校先举办了一次田径运动会,某班有名同学参赛,又举办了一次球类运动会,这个班有名同学参赛,两次运动会都参赛的有人.两次运动会中,这个班共有多少名同学参赛?
【题型七】集合的新定义问题
【例7】(24-25高一上·江苏南通·阶段练习)两个集合和,用中元素为第一元素,中元素为第二元素构成有序对,所有这样的有序对组成的集合叫作和的笛卡尔积,又称直积,记为,即.关于非空集合,下列说法正确的是( )
A.若,,则
B.若集合的元素个数分别为,则的元素个数为
C.
D.
【举一反三】【变式1】(多选)(24-25高一上·江苏南通·阶段练习)已知集合是由个正整数组成的集合,如果任意去掉其中一个元素之后,剩余的所有元素组成的集合都能分为两个交集为空集的集合,且这两个集合的所有元素之和相等,就称集合为“可分集合”.下列说法正确的是( )
A.不是“可分集合”
B.是“可分集合”
C.四个元素的集合可能是“可分集合”
D.五个元素的集合不可能是“可分集合”
【变式2】(24-25高一上·江苏徐州·阶段练习)设、是非空集合,定义:且,已知,,则 .
【变式3】(23-24高一上·江苏淮安·期中)对于集合A,B,我们把集合叫作集合A与B的差集,记为;可用图中的阴影部分来表示.
(1)若,,求集合和;
(2)集合,集合,若,求实数m的取值范围.
好题必刷
一、单选题
1.(24-25高一上·江苏徐州·期中)若全集,,,则.( )
A. B. C. D.
2.(24-25高一上·江苏常州·期末)已知集合,,则( )
A. B.
C. D.
3.(24-25高一上·江苏镇江·期末)已知集合,则( )
A. B. C. D..
4.(23-24高一上·江苏盐城·期中)已知全集,集合,则图中阴影部分所表示的集合是( )
A. B. C. D.
5.(22-23高一上·江西景德镇·期中)某城市数、理、化竞赛时,高一某班有26名学生参加数学竞赛,25名学生参加物理竞赛,23名学生参加化学竞赛,其中参加数、理、化三科竞赛的有7名,只参加数、物两科的有6名,只参加物、化两科的有8名,只参加数、化两科的有5名.若该班学生共有51名,则没有参加任何竞赛的学生共有( )名
A.7 B.8 C.9 D.10
二、多选题
6.(24-25高一上·江苏南通·期末)下列集合表示图中阴影部分的为( )
A. B.
C. D.
7.(24-25高一上·江苏镇江·期中)用来表示有限集合中元素的个数,例如,,则.已知是全集,,是的两个非空真子集,.( )
A.若,则
B.若,,则
C.若,,,则
D.若,则
8.(24-25高一上·江苏连云港·阶段练习)已知集合,,结论正确的有( )
A.若,则实数的取值范围是
B.若,则实数的取值范围是
C.若,则实数的取值范围是
D.若,则实数的取值范围是
三、填空题
9.(23-24高一上·江苏徐州·期中)对于集合,,我们把集合叫做集合与的差集,记作.若,,则 .
10.(24-25高一上·江苏常州·阶段练习)设全集,集合,,则 .
11.(23-24高一上·江苏镇江·期中)设为实数,集合,,若,则的取值范围是 .
12.(24-25高一上·江苏·期中)若或,则实数的取值范围为 .
13.(21-22高一上·江苏徐州·期中)学校举办运动会时,高一(1)班共有28名同学参加比赛,有15人参加游泳比赛,有8人参加田径比赛,有14人参加球类比赛,同时参加游泳比赛和田径比赛的有3人,同时参加游泳比赛和球类比赛的有3人,没有人同时参加三项比赛,同时参加由径和球类比赛的有 人?只参加游泳一项比赛的有 人?
四、解答题
14.(24-25高一上·江苏·期中)已知集合,,.求:
(1);
(2);
(3).
15.(24-25高一上·江苏淮安·期中)已知集合,,.
(1)求,,;
(2)若,求实数a的取值范围.
16.(24-25高一上·江苏徐州·期中)已知全集,集合,.
(1)当时,求;
(2)若,求的取值范围.
17.(22-23高一上·江苏盐城·期中)我们知道,如果集合,那么S的子集A的补集为.类似地,对于集合A,B,我们把集合叫做集合A的B的差集,记作.例如.,则有,据此,试回答下列问题:
已知集合 ,集合
(1)当时,求A—B;
(2)若,求实数m的取值范围.
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