内容正文:
主题一 预备知识
第一章 集合与常用逻辑用语、不等式
第1节 集 合
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主题一 第一章 集合与常用逻辑用语、不等式
高考总复习 数学(BS新教材)
夯实 必备知识
01
跃升 关键能力
02
课时冲关
03
主题一 第一章 集合与常用逻辑用语、不等式
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课时作业
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★[课程标准]
1.了解集合的含义,了解全集与空集的含义,体会元素与集合的属于关系.
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.理解两个集合的并集、交集与补集的含义,会求两个简单集合的并集与交集,会求给定子集的补集.
4.能用自然语言、图形语言、集合语言(列举法或描述法)描述不同的具体问题,能使用韦恩(Venn)图表达集合的基本关系及集合的基本运算.
1.集合的基本概念
(1)集合元素的性质: 确定性 、 无序性 、 互异性 .
(2)元素与集合的关系
①属于,记为 ∈ ;②不属于,记为 ∉ .
(3)常见数集的记法
集合
自然数集
正整数集
整数集
有理数集
实数集
符号
N
N+(或N*)
Z
Q
R
(4)集合的表示方法:① 列举法 ;② 描述法 ;③ 图示法 .
2.集合间的基本关系
关系
自然语言
符号语言
Venn图
子
集
如果集合A的 每个元素 都是集合B的元素,就说A包含于B,或者说B包含A,若 A包含于B ,则称A是B的一个子集
A⊆B(或B⊇A)
真子集
如果A⊆B但A≠B,就说A是B的真子集
AB(或BA)
集合
相等
如果A⊆B并且B⊆A,就说两个集合 相等
A=B
3.集合的基本运算
表示
运算
文字语言
集合
语言
图形语言
记法
并
集
把所有集合A、B中的元素放在一起组成的集合,叫做A和B的并集,简称为并
{x|x∈A,或
x∈B}
A∪B
交
集
把所有 既属于A又属于B 的元素组成的集合,称为A,B的交集
{x|x∈A,且
x∈B}
A∩B
补
集
若A是全集U的子集,U中 不属于A 的元素组成的子集叫作A的补集
{x|x∈U,
且x∉A}
∁UA
1.若有限集A中有n个元素,则A的子集有2n个,真子集有2n-1个,非空真子集有2n-2个.
2.A⊆B⇔A∩B=A⇔A∪B=B⇔∁UB⊆∁UA.
3.∁U(A∩B)=(∁UA)∪(∁UB),∁U(A∪B)=(∁UA)∩(∁UB).
◆[思考辨析]
判断下列说法是否正确,正确的在它后面的括号里打“√”,错误的打“×”.
(1)∅={0}.( )
(2)空集是任何集合的子集,两元素集合是三元素集合的子集.( )
(3)a在集合A中,可用符号表示为a⊆A.( )
(4)N⊆N+⊆Z.( )
(5)若A={x|y=x2},B={(x,y)|y=x2},则A∩B={x|x∈R}.( )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
◆[小题查验]
1.若集合A={x∈N|x≤eq \r(2 025)},a=4eq \r(2),则下面结论中正确的是( )
A.{a}⊆A
B.a⊆A
C.{a}∈A
D.a∉A
答案:D
2.(2023·上海卷)已知集合P={1,2},Q={2,3},若M={x|x∈P且x∉Q},则M=( )
A.{1}
B.{2}
C.{1,2}
D.{1,2,3}
解析:A [由M={x|x∈P且x∉Q}知,M={1}.]
3.(2023·全国甲卷)设全集U={1,2,3,4,5},集合M={1,4},N={2,5},则N∪∁UM=( )
A.{2,3,5}
B.{1,3,4}
C.{1,2,4,5}
D.{2,3,4,5}
解析:A [因为全集U={1,2,3,4,5},集合M={1,4},所以∁UM={2,3,5},又N={2,5},
所以N∪∁UM={2,3,5}.]
4.(BSD必修第一册P9例6改编)若集合A={x|-1<x<5},B={x|x≤1或x≥4},则A∪B=________,A∩B=________________.
解析:因为A={x|-1<x<5},B={x|x≤1或x≥4},所以A∪B=R,A∩B={x|-1<x≤1或4≤x<5}.
答案:R {x|-1<x≤1或4≤x<5}
5.(忽视空集讨论)已知集合M={x|x-a=0},N={x|ax-1=0},若M∩N=N,则实数a的值是 ________.
解析:由题易得M={a},∵M∩N=N,∴N⊆M,
∴N=∅或N=M,∴a=0或a=±1.
答案:0或1或-1
集合的基本概念
1.已知集合A={x|-1<x<3,x∈N},B={C|C⊆A},则集合B中元素的个数为( )
A.6
B.7
C.8
D.9
解析:C [因为集合A={x|-1<x<3,x∈N},
所以A={0,1,2},因为B={C|C⊆A},
所以B中的元素为A的子集,即B有23=8个.]
2.(多选)已知集合{x|mx2-2x+1=0}={n},则m+n的值可能为( )
A.0
B.eq \f(1,2)
C.1
D.2
解析:BD [因为集合{x|mx2-2x+1=0}={n},
所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(m=0,,-2n+1=0))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(m≠0,,Δ=4-4m=0,,n=-\f(-2,2m),))
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(m=0,,n=\f(1,2)))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(m=1,,n=1,))
所以m+n=eq \f(1,2)或m+n=2.]
3.设A=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(2,3,a2-3a,a+\f(2,a)+7)),B={|a-2|, 3},已知4∈A且4∉B,则a的取值集合为________.
解析:因为4∈A,即4∈eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(2,3,a2-3a,a+\f(2,a)+7)),
所以a2-3a=4或a+eq \f(2,a)+7=4.
若a2-3a=4,则a=-1或a=4;
若a+eq \f(2,a)+7=4,即a2+3a+2=0,则a=-1或a=-2.
由a2-3a与a+eq \f(2,a)+7互异,得a≠-1.
故a=-2或a=4.又4∉B,即4∉{|a-2|,3},
所以|a-2|≠4,解得a≠-2且a≠6.
综上所述,a的取值集合为{4}.
答案:{4}
4.(2024·上海模拟)已知集合A={1,2,3},B={1,m,n},若3-m∈A,n+1∈A,则非零实数m+n的可能取值集合是________.
解析:因为3-m∈A,所以3-m=1或3-m=2或3-m=3,
解得m=2或m=1或m=0,因为n+1∈A,所以n+1=1或n+1=2或n+1=3,
解得n=0或n=1或n=2,
又因为B={1,m,n},所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(m=2,,n=0))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(m=0,,n=2,))
即m+n=2.
答案:{2}
与集合中的元素有关问题的求解策略
(1)用描述法表示集合,首先要搞清楚集合中代表元素的含义,再看元素的限制条件,明白集合的类型,是数集、点集还是其他类型集合.
(2)集合元素的三个特性中的互异性对解题的影响较大,特别是含有字母的集合,在求出字母的值后,要注意检验集合中的元素是否满足互异性.
(3)对于集合相等首先要分析已知元素与另一个集合中哪一个元素相等,分几种情况列出方程(组)进行求解,要注意检验是否满足互异性.
集合间的基本关系
[典例] (1)(2024·全国模拟)若集合A={x∈N|x≤eq \r(2 025)},实数a满足,则下列结论正确的是( )
A.{a}⊆A
B.a⊆A
C.{a}∈A
D.a∉A
[解析] 因为=1,所以a2-4eq \r(3)a+12=0,解得a=2eq \r(3),
因为A={x∈N|x≤eq \r(2 025)},所以a∉A.所以{a}⊆A,a⊆A,{a}∈A均为错误表述.
[答案] D
(2)(2024·吉安期中)已知全集U=R,集合A={x|-2≤x≤7},B={x|m+1≤x≤2m-1},则使B⊆A成立的实数m的取值范围是________.
[解析] ①当B=∅时,则m+1>2m-1,即m<2,此时B⊆A成立,符合题意.
②当B≠∅时,
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(m+1≤2m-1,,m+1≥-2,,2m-1≤7,))解得2≤m≤4.
综上,实数m的取值范围是(-∞,4].
[答案] (-∞,4]
[互动探究]
在本例(2)中,若把“B⊆A”改为“A⊆∁UB”,则实数m的取值范围是________.
解析:①当B≠∅时,则m+1≤2m-1,即m≥2,
因为集合A={x|-2≤x≤7},B={x|m+1≤x≤2m-1},
则∁UB={x|x<m+1或x>2m-1},
又A⊆∁UB,则m+1>7或2m-1<-2,
解得m>6或m<-eq \f(1,2),又m≥2,所以m>6;
②当B=∅时,则m+1>2m-1,即m<2,此时∁UB=R,符合题意.
综上所述,实数m的取值范围为m>6或m<2.
答案:(-∞,2)∪(6,+∞)
由集合的关系求参数的关键点
由两集合的关系求参数,其关键是将两集合的关系转化为元素间的关系,进而转化为参数满足的关系,解决这类问题常常要合理利用数轴、Venn图帮助分析,而且常要对参数进行讨论,注意区间端点的取舍.
提醒:解决两个集合的包含关系时,要注意空集的情况.
1.(2024·烟台模拟)若一个集合是另一个集合的子集,则称两个集合构成“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={-1,2},B={x|ax2=2,a≥0},若这两个集合构成“鲸吞”或“蚕食”,则a的取值集合为 ________.
解析:当a=0时,B=∅,此时满足B⊆A,
当a>0时,B=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(-\r(\f(2,a)),\r(\f(2,a)))),此时A,B集合只能是“蚕食”关系,
所以当A,B集合有公共元素-eq \r(\f(2,a))=-1时,解得a=2,
当A,B集合有公共元素eq \r(\f(2,a))=2时,解得a=eq \f(1,2),故a的取值集合为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2),2)).
答案:eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2),2))
2.已知集合A={1,2},B={x|x2+mx+1=0,x∈R},若B⊆A,则实数m的取值范围为________.
解析:①若B=∅,则Δ=m2-4<0,解得-2<m<2.
②若1∈B,则12+m+1=0,
解得m=-2,此时B={1},符合题意;
③若2∈B,则22+2m+1=0,
解得m=-eq \f(5,2),此时B=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(2,\f(1,2))),不符合题意.
综上所述,实数m的取值范围为[-2,2).
答案:[-2,2)
集合的基本运算
►[命题点1] 求交集、并集
1.(2023·新课标Ⅰ卷)已知集合M={-2,-1,0,1,2},N={x|x2-x-6≥0},则M∩N=( )
A.{-2,-1,0,1}
B.{0,1,2}
C.{-2}
D.{2}
解析:C [由题意可知,集合N=(-∞,-2]∪[3,+∞),所以M∩N={-2}.]
2.(2024·成都期末)设集合A={x|(x-1)(x+3)<0},B={x|x>0},则( )
A.A∩B=∅
B.A∪B=R
C.A∩B={x|0<x<1}
D.A∪B={x|x>1}
解析:C [∵集合A={x|(x-1)(x+3)<0},B={x|x>0},A=(-3,1),B=(0,+∞),∴A∩B=(0,1).]
►[命题点2] 集合的交、并、补的综合运算
1.(2023·全国乙卷)设集合U=R,集合M={x|x<1},N={x|-1<x<2},则{x|x≥2}=( )
A.∁U(M∪N)
B.N∪∁UM
C.∁U(M∩N)
D.M∪∁UN
[考题解读] 本题考查集合的交、并、补集运算,考查数学运算与数学抽象的核心素养.集合是高考每年必考知识点,一般以容易题目呈现,位于选择题的前3题的位置上,所给集合多为简单不等式的解集、离散的数集或点集,这种考查方式多年来保持稳定.
解析:A [由题意可得M∪N={x|x<2},
则∁U(M∪N)={x|x≥2},选项A正确;
∁UM={x|x≥1},则N∪∁UM={x|x>-1},选项B错误;M∩N={x|-1<x<1},则∁U(M∩N)={x|x≤-1或x≥1},选项C错误;
∁UN={x|x≤-1或x≥2},则M∪∁UN={x|x<1或x≥2},选项D错误.]
2.(多选)已知集合A={x|-1<x≤3},集合B={x||x|≤2},则下列关系式正确的是( )
A.A∩B=∅
B.A∪B={x|-2≤x≤3}
C.A∪(∁RB)={x|x≤-1或x>2}
D.A∩(∁RB)={x|2<x≤3}
解析:BD [∵A={x|-1<x≤3},B={x||x|≤2}={x|-2≤x≤2},
∴A∩B={x|-1<x≤3}∩{x|-2≤x≤2}={x|-1<x≤2},故A不正确;
A∪B={x|-1<x≤3}∪{x|-2≤x≤2}={x|-2≤x≤3},故B正确;
∵∁RB={x|x<-2或x>2},
∴A∪(∁RB)={x|-1<x≤3}∪{x|x<-2或x>2}={x|x<-2或x>-1},故C不正确;
A∩(∁RB)={x|-1<x≤3}∩{x|x<-2或x>2}={x|2<x≤3},故D正确.]
►[命题点3] 利用集合的基本运算求参数的取值(范围)
[典例] (1)(2024·天津河东模拟)已知集合A={1,3,a2},B={1,a+2},A∪B=A,则实数a值构成的集合为( )
A.{2}
B.{-1,2}
C.{1,2}
D.{0,2}
[解析] 由A∪B=A知:B⊆A,当a+2=3,即a=1,则a2=1,与集合中元素的互异性矛盾,不符合;当a+2=a2,即a=-1或a=2.若a=-1,则a2=1,与集合中元素的互异性矛盾,不符合;若a=2,则A={1,3,4},B={1,4},满足要求.综上,a=2.
[答案] A
(2)(2024·豫北名校联考)设集合A={x|x2+2x-3>0},集合B={x|x2-2ax-1≤0,a>0},若A∩B中恰含有一个整数,则实数a的取值范围是( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(3,4)))
B.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4),\f(4,3)))
C.eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4),+∞))
D.(1,+∞)
[解析] A={x|x2+2x-3>0}={x|x>1或x<-3},设函数f(x)=x2-2ax-1,因为函数f(x)=x2-2ax-1图象的对称轴为直线x=a(a>0),f(0)=-1<0,根据对称性可知,若A∩B中恰有一个整数,则这个整数为2,所以有eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(f2≤0,,f3>0,))即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(4-4a-1≤0,,9-6a-1>0,))所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a≥\f(3,4),,a<\f(4,3),))即eq \f(3,4)≤a<eq \f(4,3).
[答案] B
解集合运算问题应注意以下三点
(1)看元素组成.集合是由元素组成的,从研究集合中元素的构成入手是解决集合运算问题的关键.
(2)对集合化简.有些集合是可以化简的,先化简再研究其关系并进行运算,可使问题简单明了、易于解决.
(3)注意数形结合思想的应用,常用的数形结合形式有数轴、坐标系和韦恩(Venn)图.
提醒:Venn图图示法和数轴图示法是进行集合交、并、补运算的常用方法,其中运用数轴图示法要特别注意端点是实心还是空心.
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
解析:B [若a-2=0,则a=2,此时A={0,-2},B={1,0,2},不满足题意;若2a-2=0,则a=1,此时A={0,-1},B={1,-1,0},满足题意.]
2.(2023·全国甲卷)设集合M={x|x=3k+1,k∈Z},N={x|x=3k+2,k∈Z},U为整数集,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.∅
解析:A [因为整数集U={x|x=3k,k∈Z}∪{x|x=3k+1,k∈Z}∪{x|x=3k+2,k∈Z},所以∁U(M∪N)={x|x=3k,k∈Z}.]
集合的新定义问题
[典例] (2024·北京清华附中校考期中)对非空整数集合M及k∈N,定义M⊕k={m+t|m∈M,t=-k,-k+1,…,k},对于非空整数集合A,B,定义d(A,B)=min{k∈N|A⊆B⊕k,B⊆A⊕k}.
(1)设M={2,4,6},请直接写出集合M⊕1;
(2)设A={1,2,3,4,…,100},d(A,B)=1,求出非空整数集合B的元素个数的最小值;
(3)对三个非空整数集合A,B,C,若d(A,B)=4且d(B,C)=1,求d(A,C)所有可能取值.
[解] (1)若M={2,4,6},
则由集合新定义可知M⊕1={1,3,5}∪{2,4,6}∪{3,5,7}={1,2,3,4,5,6,7}.
(2)设B有|B|个元素,下证|B|min=34.
一方面,B={2,5,8,…,98,101},则AB⊕0=B,
所以d(A,B)≠0,即d(A,B)≥1,
而B⊆A⊕1={0,1,2,3,4,…,101},
A⊆B⊕1={1,2,3,4,…,102},
这表明了d(A,B)=1满足题意,
此时|B|=eq \f(101-2,3)+1=34,故|B|min=34;
另一方面,若|B|=j≤33,不妨设B={b1,b2,…,bj}且b1<b2<…<bj,
由题意可知A⊆B⊕1={b1-1,b1,b1+1}∪{b2-1,b2,b2+1}∪…∪{bj-1,bj,bj+1},
而B⊕1最多含有3j≤99个元素,当且仅当{bk-1,bk,bk+1}(1≤k≤j),两两不同且|B|=j=33时,等号成立,
但这与A有100个元素矛盾,
所以|B|=j≥34.
综上所述:非空整数集合B的元素个数的最小值是34.
(3)一方面:先来证明(M⊕k)⊕l⊆M⊕(k+l),
M⊕k={m+t|m∈M,t=-k,-k+1,…,k}={n∈Z|∃m∈M,|n-m|≤k},
因此只要M1⊆M2,就有M1⊕k⊆M2⊕k,
而∀x∈(M⊕k)⊕l,∃p∈M⊕k,|x-p|≤l,
所以∃m∈M,|p-m|≤k,
所以|x-m|=|x-p+p-m|≤|x-p|+|p-m|≤l+k,
即∀x∈M⊕(k+l),
从而(M⊕k)⊕l⊆M⊕(k+l).
另一方面:如果d(A,B)=p,d(B,C)=q,d(A,C)=r,
那么A⊆B⊕p,B⊆C⊕q,B⊕p⊆(C⊕q)⊕p⊆C⊕(p+q),
从而A⊆C⊕(p+q),同理C⊆A⊕(p+q),
因此由定义可得d(A,C)=r≤d(A,B)+d(B,C)=p+q,
即d满足距离的三角不等式;
所以在本题中,d(A,C)≤d(A,B)+d(B,C)=4+1=5,d(A,C)≥d(A,B)-d(B,C)=4-1=3,
即d(A,C)∈{3,4,5},
取A={0},B={4},C={5},可知d(A,C)=5可能成立,
取A={0},B={4},C={3},可知d(A,C)=3可能成立,
取A={0},B={4},C={3,4},可知d(A,C)=4可能成立,
综上所述,d(A,C)所有可能取值为3或4或5.
集合新定义问题的方法和技巧
(1)可通过举例子的方式,将抽象的定义转化为具体的简单的应用,从而加深对信息的理解;
(2)可用自己的语言转述新信息所表达的内容,如果能清晰描述,那么说明对此信息理解的较为透彻;
(3)发现新信息与所学知识的联系,并从描述中体会信息的本质特征与规律;
(4)如果新信息是课本知识的推广,则要关注此信息与课本中概念的不同之处,以及什么情况下可以使用书上的概念,要将“新”性质有机地应用到“旧”性质上,创造性的解决问题.
(2024·北京顺义高三统考期末)给定正整数n≥3,设集合A={a1,a2,…,an}.若对任意i,j∈{1,2,…,n},ai+aj,ai-aj两数中至少有一个属于A,则称集合A具有性质P.
(1)分别判断集合{1,2,3}与{-1,0,1,2}是否具有性质P;
(2)若集合A={1,a,b}具有性质P,求a+b的值;
(3)若具有性质P的集合B中包含6个元素,且1∈B,求集合B.
解:(1)集合{1,2,3}中的3+3=6∉{1,2,3},3-3=0∉{1,2,3},
所以集合{1,2,3}不具有性质P,
集合{-1,0,1,2}中的任何两个相同或不同的元素,相加或相减,两数中至少有一个属于集合{-1,0,1,2},所以集合{-1,0,1,2}具有性质P;
(2)若集合A={1,a,b}具有性质P,
记m=max{1,a,b},则m≥1,
令ai=aj=m,则2m∉{1,a,b},
从而必有0∈{1,a,b},
不妨设a=0,则A={1,0,b},b≠0且b≠1,
令ai=1,aj=b,则{1+b,1-b}∩{1,0,b}≠∅,且{1+b,b-1}∩{1,0,b}≠∅,b≠0且b≠1,
以下分类讨论:
①当1+b∈{1,0,b}时,若1+b=0⇒b=-1,此时,A={1,0,-1}满足性质P;
若1+b=1⇒b=0,舍;若1+b=b,无解;
②当1+b∉{1,0,b}时,则{1-b,b-1}⊆{1,0,b},注意b≠0且b≠1,可知b无解;
经检验A={1,0,-1}符合题意,综上a+b=-1;
(3)首先容易知道集合B中有0,有正数也有负数,
不妨设B={-bk,-bk-1,…,-b1,0,a1,a2,…,al},其中k+l=5,0<a1<…<al,0<b1<…<bk,
根据题意{a1-al,…,al-1-al}⊆{-bk,-bk-1,…,-b1},且{bk-b1,bk-1-b1,…,b2-b1}⊆{a1,a2,…,al},从而(k,l)=(2,3)或(3,2),
①当(k,l)=(3,2)时,{b3-b1,b3-b2}={a1,a2},
并且{-b3+b1,-b3+b2}={-b1,-b2}⇒
b3=b1+b2,a2-a1∈{a1,a2}⇒a2=2a1,
由上可得(b2,b1)=(b3-b1,b3-b2)=(a2,a1)
=(2a1,a1),并且b3=b1+b2=3a1,
综上可知B={-3a1,-2a1,-a1,0,a1,2a1};
②当(k,l)=(2,3)时,同理可得B={-2a1,-a1,0,a1,2a1,3a1},
据此,当B中有包含6个元素,且1∈B时,符合条件的集合B有5个,分别是{-2,-1,0,1,2},
eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(-1,-\f(1,2),0,\f(1,2),1,\f(3,2))),eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(-\f(2,3),-\f(1,3),0,\f(1,3),\f(2,3),1)),{-3,-2,-1,0,1,2}或eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(-\f(3,2),-1,-\f(1,2),0,\f(1,2),1)).
$$