1.4充分条件与必要条件 导学案-2025-2026学年高一上学期数学人教A版必修第一册

2025-09-16
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普通

资源信息

学段 高中
学科 数学
教材版本 高中数学人教A版必修第一册
年级 高一
章节 1.4 充分条件与必要条件
类型 学案-导学案
知识点 -
使用场景 同步教学-新授课
学年 2025-2026
地区(省份) 全国
地区(市) -
地区(区县) -
文件格式 DOCX
文件大小 198 KB
发布时间 2025-09-16
更新时间 2025-09-16
作者 匿名
品牌系列 -
审核时间 2025-09-16
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来源 学科网

摘要:

该高中数学导学案聚焦充分条件、必要条件与充要条件的核心概念,通过典型命题分析、集合关系映射和实际问题探究,构建从具体到抽象的认知路径。以“若p则q”形式命题为起点,逐步引导学生理解逻辑蕴含关系,再过渡到集合包含关系,最后上升至定义与定理的等价性判断,形成清晰的知识支架。 资料亮点突出,体现数学核心素养的深度融合。通过几何直观与符号推理结合的方式,强化学生对条件关系的本质理解,培养逻辑思维能力。习题设计层次分明,既有基础辨析如例1、例2,又有综合应用如参数范围求解与充要条件证明,尤其在平行四边形判定与性质的对比中,凸显数学语言的严谨表达与结构化思维,助力学生建立系统化的逻辑认知体系。

内容正文:

1.4 充分条件与必要条件 1.4.1 充分条件与必要条件(1) 1. 通过对典型数学命题的梳理,理解充分条件的意义,理解判定定理与充分条件的关系. 2. 通过对典型数学命题的梳理,理解必要条件的意义,理解性质定理与必要条件的关系. 3. 通过对典型数学命题的梳理,理解充要条件的意义,理解数学定义与充要条件的关系. 活动一 理解充分条件、必要条件的概念 一般地,我们把用语言、符号或式子表达的,可以判断真假的陈述句叫做命题.判断为真的语句是真命题,判断为假的语句是假命题.中学数学中的许多命题可以写成“若p,则q”“如果p,那么q”等形式.其中p称为命题的条件, q称为命题的结论.下面我们将进一步考察“若p,则q”形式的命题中p和q的关系,学习数学中的三个常用的逻辑用语——充分条件、必要条件和充要条件. 思考1►►► 下列“若p,则q”形式的命题中,哪些是真命题?哪些是假命题? (1) 若平行四边形的对角线互相垂直,则这个平行四边形是菱形; (2) 若两个三角形的周长相等,则这两个三角形全等; (3) 若x2-4x+3=0,则x=1; (4) 若平面内两条直线a和b均垂直于直线l,则a∥b. 命题真假 “若p,则q”是真命题 “若p,则q”是假命题 推出关系 由p可以推出q,记为:p⇒q 由p不能推出q,记为:pD⇒/q 条件关系 p是q的充分条件 p不是q的充分条件 q是p的必要条件 q不是p的必要条件 思考2►►► 在思考1中,哪些命题中的p是q的充分条件? 思考3►►► 在思考1中,哪些命题中的q是p的必要条件? 1. p⇒q的含义 (1) “若p,则q”形式的命题为真命题. (2) 由条件p可以得到结论q. (3) p是q的充分条件或q的充分条件是p;q是p的必要条件或p的必要条件是q. (4) 只要有条件p,就一定有结论q,即p对于q是充分的,q对于p的成立是必要的. (5) 为得到结论q,具备条件p就可以推出. 显然,p是q的充分条件与q是p的必要条件表述的是同一个逻辑关系,即p⇒q,只是说法不同而已. 2. 对充分条件概念的理解 “若p,则q”为假命题时,p推不出q,q不是p的必要条件,p也不是q的充分条件. 3. 对充分条件的理解 (1) 所谓充分,就是说条件是充分的,也就是说条件是充足的,条件是足够的,条件是足以保证的.“有之必成立,无之未必不成立”. (2) 充分条件不是唯一的,如x>2,x>3等都是x>0的充分条件. 必要条件不是唯一的,如x>0,x>5等都是 x>9的必要条件. 例1 下列“若p,则q”形式的命题中,哪些命题中的p是q的充分条件? (1) 若四边形的两组对角分别相等,则这个四边形是平行四边形; (2) 若两个三角形的三边成比例,则这两个三角形相似; (3) 若四边形是菱形,则这个四边形的对角线互相垂直; (4) 若x2=1,则x=1; (5) 若a=b,则ac=bc; (6) 若x,y为无理数,则xy为无理数. 思考4►►► 例1中命题(1)给出了“四边形是平行四边形”的一个充分条件,即“四边形的两组对角分别相等”.这样的充分条件唯一吗?如果不唯一,那么你能再给出几个不同的充分条件吗? 下列所给的各组p,q中,p是q的充分条件的有哪些? (1) p:x=2,q:x2-x-2=0; (2) p:四边形的对角线相等,q:四边形是正方形; (3) p:同位角相等,q:两条直线平行; (4) p:四边形是平行四边形,q:四边形的对角线互相平分. 例2 下列“若p,则q”形式的命题中,哪些命题中的q是p的必要条件? (1) 若四边形是平行四边形,则这个四边形的两组对角分别相等; (2) 若两个三角形相似,则这两个三角形的三边成比例; (3) 若四边形的对角线互相垂直,则这个四边形是菱形; (4) 若x=1,则x2=1; (5) 若ac=bc,则a=b; (6) 若xy为无理数,则x,y为无理数. 思考5►►► 例2中命题(1)给出了“四边形是平行四边形”的一个必要条件,即“这个四边形的两组对角分别相等” .这样的必要条件唯一吗?如果不唯一,那么你能给出“四边形是平行四边形”的几个其他必要条件吗? 下列所给的各组p,q中,p是q的必要条件的有哪些? (1) p:|x|=1,q:x=1; (2) p:两个直角三角形全等,q:两个直角三角形的斜边相等; (3) p:同位角相等,q:两条直线平行; (4) p:四边形是平行四边形,q:四边形的对角线互相平分. 活动二 理解充要条件的概念  思考6►►► 下列“若p,则q”形式的命题中,哪些命题与它们的逆命题都是真命题? (1) 若两个三角形的两角和其中一角所对的边分别相等,则这两个三角形全等; (2) 若两个三角形全等,则这两个三角形的周长相等; (3) 若一元二次方程ax2+bx+c=0有两个不相等的实数根,则ac<0; (4) 若A∪B=∅,则A与B均是空集. 充分条件与必要条件: 如果“p⇒q”,那么称p是q的充分条件,也称q是p的必要条件. 思考7►►► 什么情形下称p是q的充分必要条件?即称p是q的充要条件. 例3 下列各题中,哪些p是q的充要条件? (1) p:四边形是正方形,q:四边形的对角线互相垂直且平分; (2) p:两个三角形相似,q:两个三角形三边成比例; (3) p:xy>0,q:x>0,y>0; (4) p:x=1是一元二次方程ax2+bx+c=0的一个根,q:a+b+c=0(a≠0). 思考8►►► 通过上面的学习,你能给出“四边形是平行四边形”的充要条件吗? 思考9►►► 什么情形下称p是q的充分不必要条件,必要不充分条件,既不充分也不必要条件? 如果p是q的充要条件,就记作p⇔q,称为“p与q等价”或“p等价于q”. “⇒”和“⇔”都具有传递性,即如果p⇒q,q⇒s,那么p⇒s;如果p⇔q,q⇔s,那么p⇔s. 活动三 掌握充分条件、必要条件的判断  例4 指出下列命题中,p是q的什么条件: (1) p:两个三角形全等,q:两个三角形的对应角相等; (2) p:三角形的三边相等,q:三角形是等边三角形; (3) p:a2=b2,q:a=b; (4) p:x>y,q:x2>y2. 性质定理是指某类对象具有的具体特征.例如,性质定理“平行四边形的对角线互相平分”表明:“平行四边形”具有“对角线互相平分”的特征,当然还有其他的特征,如“对角相等”“对边相等”“对边平行”等. 性质定理具有“必要性”, “对角线互相平分”是“四边形是平行四边形”的必要条件.下图中条件1,2,3,4……都是“四边形是平行四边形”的必要条件. 判定定理是指对象只要具有某具体特征,就一定有该对象的所有特征.例如,判定定理“对角线互相平分的四边形是平行四边形”表明,只要四边形具有“对角线互相平分”这个特征,就一定具有“平行四边形”所有特征1,2,3,4…… 判定定理具有“充分性”,“四边形对角线互相平分”是“四边形是平行四边形”的充分条件.下图中条件1,2,3,4……都是“四边形是平行四边形”的充分条件. 我们发现,“四边形对角线互相平分”是“四边形是平行四边形”的充要条件,即“四边形对角线互相平分”与“四边形是平行四边形”等价,这与平行四边形的定义“两组对边分别平行的四边形”也等价.因此“对角线互相平分的四边形”也可以作为“平行四边形”的定义.同样的,下列三个命题: (1) 两组对边分别平行的四边形是平行四边形; (2) 一组对边平行且相等的四边形是平行四边形; (3) 两组对边分别相等的四边形是平行四边形. 其中的任何一个命题都可以作为平行四边形的定义. 指出下列命题中,p是q的什么条件.(在“充分不必要条件”“必要不充分条件”“充要条件”和“既不充分也不必要条件”中选出一种) (1) p:x2=1,q:x=1; (2) p:a≠0,q:|a|>0; (3) p:x=2,q:x-1=; (4) p:三角形的三边互不相等,q:三角形是锐角三角形. 1. (2025株洲期末)已知x∈R,则“x=1”是“(x+1)(x-1)=0”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. 下列命题中,p是q的充分条件的是(  ) A. p:ab≠0,q:a≠0  B. p:a2+b2≥0,q:a≥0且b≥0 C. p:x2>1,q:x>1  D. p:a>b,q:> 3. (多选)(2025郑州期末)下列说法中,正确的是(  ) A. 若a>b>0,则ac2>bc2  B. 若a<b<0,则b2<ab<a2 C. “a>2”是“<”的充要条件  D. “a>|b|”是“a2>b2”的充分不必要条件 4. (2025上海宝山月考)已知命题甲:命题乙:则甲是乙的________条件. (填“充分不必要”“必要不充分”“充要”或“既不充分也不必要”) 5. (2024临沂期末)(1) 是否存在实数m,使“2x+m<0”是“x<-1或x>3”的充分条件? (2) 是否存在实数m,使“2x+m<0”是“x<-1或x>3”的必要条件? 1.4.2 充分条件与必要条件(2) 1. 进一步理解充分条件、必要条件与充要条件的意义. 2. 掌握充分条件、必要条件与充要条件的判断与证明方法. 3. 提高辩证思维的能力,体会常用逻辑用语在表述数学内容和论证数学结论中的作用,提高交流的严谨性和准确性. 活动一 巩固充分条件、必要条件与充要条件的概念  思考1►►► 如何从概念的角度去理解充分条件、必要条件、充要条件? 例1 (1) “x=3”是“x-3=”的________条件; (2) “x<2”是“x<0”的________条件; (3) “0≤x≤6”是“-2≤x≤4”的________条件; (4) “两个三角形全等”是“两个三角形的面积相等”的________条件. 活动二 用集合观点理解充分条件、必要条件、充要条件 思考2►►► 在活动一的例1中,对于(1)而言,若设A={x|x=3},B={x|x-3=},此时集合A与B之间有怎样的关系? 对于(2)而言,若设A={x|x<2},B={x|x<0},此时集合A与B之间有怎样的关系? 对于(3)而言,若设A={x|0≤x≤6},B={x|-2≤x≤4},此时集合A与B之间有怎样的关系? 思考3►►► 你能从集合的角度去理解充分条件、必要条件、充要条件吗? 一般而言,若设A={x|x满足条件p},B={x|x满足条件q},则“p⇒q”⇔“A⊆B”;“q⇒p”⇔“B⊆A”;“p⇔q”⇔“A=B”. 例2 用“充分不必要条件”“必要不充分条件”“充要条件”“既不充分也不必要条件”填空. (1) “|x|=3”是“x2=9”的________________; (2) “x=-1”是“x2=1”的_______________. 活动三 利用充分条件、必要条件求参数的取值范围 例3 (1) 已知p:x2+x-6=0,q:mx+1=0(m≠0),且q是p的充分条件,求实数m的值; (2) 已知M={x|a-1<x<a+1},N={x|-3<x<8},若x∈N是x∈M的必要条件,求实数a的取值范围. 若“x<-2或x≥8”是“x<m”的必要不充分条件,则实数m的取值范围是________. 活动四 充要条件的证明 例4 求证:“一元二次方程ax2+bx+c=0有一正根和一负根”的充要条件是“ac<0”. 1. “1<x<2”是“x≤2”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. (2025上海徐汇期末)“<1”是“x>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 3. (多选)(2025惠州月考)-<5x-3<12成立的一个必要条件是(  ) A. -<x<4 B. -<x<2 C. -3<x< D. -1<x<6 4. 函数y=x2+mx+1的图象关于直线x=1对称的充要条件是________. 5. 已知P={x|1≤x≤2},S={x|1-m≤x≤1+m}. (1) 是否存在实数m,使x∈P是x∈S的充要条件?若存在,求出实数m的取值范围;若不存在,请说明理由; (2) 是否存在实数m,使x∈P是x∈S的必要条件?若存在,求出实数m的取值范围;若不存在,请说明理由. 1.4 充分条件与必要条件 1.4.1 充分条件与必要条件(1) 【活动方案】 思考1:(1)(4)是真命题,(2)(3)是假命题. 思考2:(1) 这是一条菱形的判定定理,p⇒q,所以p是q的充分条件. (2) 由于边长分别为3,4,5的直角三角形与边长为4的等边三角形,周长相等,但不全等,p⇏q,所以p不是q的充分条件. (3) 由于x=3也满足x2-4x+3=0,p⇏q,所以p不是q的充分条件. (4) 这是一条平面内两直线平行的判定定理,p⇒q,所以p是q的充分条件. 思考3:(1)(4)中q是p的必要条件,(2)(3)中q不是p的必要条件. 例1 (1) 这是一条平行四边形的判定定理,p⇒q,所以p是q的充分条件. (2) 这是一条相似三角形的判定定理,p⇒q,所以p是q的充分条件. (3) 这是一条菱形的性质定理,p⇒q,所以p是q的充分条件. (4) 由于(-1)2=1,但-1≠1,p⇏q,所以p不是q的充分条件. (5) 由等式的性质知,p⇒q,所以p是q的充分条件. (6) 因为是无理数,但×=2为有理数,p⇏q,所以p不是q的充分条件. 思考4:不唯一,两组对边分别平行,两组对边分别相等,一组对边平行且相等. 跟踪训练 (1) 因为p⇒q,所以p是q的充分条件. (2) 因为p⇏ q,所以p不是q的充分条件. (3) 因为p⇒q,所以p是q的充分条件. (4) 因为p⇒q,所以p是q的充分条件. 例2 (1) 这是平行四边形的一条性质定理,p⇒q,所以q是p的必要条件. (2) 这是三角形相似的一条性质定理,p⇒q,所以q是p的必要条件. (3) 因为对角线互相垂直的四边形可以不是菱形,p⇏ q,所以q不是p的必要条件. (4) p⇒q,所以q是p的必要条件. (5) 因为-1×0=1×0,但-1≠1,p⇏ q,所以q不是p的必要条件. (6) 因为1×=是无理数,但1,不全为无理数,p⇏ q,所以q不是p的必要条件. 思考5:不唯一,两组对边分别平行,两组对边分别相等,一组对边平行且相等. 跟踪训练 (1) 因为q⇒p,所以p是q的必要条件. (2) 因为q⇏p,所以p不是q的必要条件. (3) 因为q⇒p,所以p是q的必要条件. (4) 因为q⇒p,所以p是q的必要条件. 思考6:命题(1)(4)和其逆命题都是真命题. 命题(2)是真命题,它的逆命题是假命题. 命题(3)是假命题,它的逆命题是真命题. 思考7:如果“若p,则q”和它的逆命题“若q,则p”均是真命题,即既有p⇒q,又有q⇒p,就记作p⇔q.此时p既是q的充分条件,也是q的必要条件,我们说p是q的充分必要条件,简称为p是q的充要条件. 例3 (1) 因为对角线互相垂直且平分的四边形不一定是正方形,所以q⇏ p,所以p不是q的充要条件. (2) 因为“若p,则q”是相似三角形的性质定理,“若q,则p”是相似三角形的判定定理,所以它们均为真命题,所以p是q的充要条件. (3) 因为xy>0时, x>0,y>0 不一定成立,所以 p⇏q,所以p不是q的充要条件. (4) 因为“若p,则q”与“若q,则p”均为真命题,即p⇔q,所以p是q的充要条件. 思考8:“四边形的两组对角分别相等”“四边形的两组对边分别相等”“四边形的一组对边平行且相等”和“四边形的对角线互相平分”既是“四边形是平行四边形”的充分条件,又是必要条件,所以它们都是“四边形是平行四边形”的充要条件. 思考9:如果p⇒q,且q⇏ p,那么称p是q的充分不必要条件; 如果p⇏q,且q⇒p,那么称p是q的必要不充分条件; 如果p⇏ q,且q⇏ p,那么称p是q的既不充分也不必要条件. 例4 (1) 根据三角形全等的性质,得出两个三角形的对应角相等,所以p⇒q.反过来,由两个三角形的对应角相等,不能得出三角形全等.例如,两个等腰直角三角形,它们对应的角相等,但对应边不相等,这两个三角形就不全等,所以q⇏ p,所以p是q的充分不必要条件. (2) 根据等边三角形的定义,可知三边相等的三角形是等边三角形,所以p⇒q.反过来,根据等边三角形的定义,可知等边三角形的三边相等,所以q⇒p.因此,p⇔q,即p是q的充要条件. (3) 因为a2=b2⇒a2-b2=0⇒(a-b)(a+b)=0⇒a-b=0或a+b=0⇒a=-b或a=b,所以p⇏q.反过来,a=b⇒a-b=0⇒(a-b)(a+b)=0⇒a2-b2=0⇒a2=b2,所以 q⇒p.因此,q⇒p,但p⇏q,即p是q的必要不充分条件. (4) 取x=1,y=-2,此时,x>y,但x2<y2,所以p⇏q.反过来,取x=-2,y=-1,此时,x2>y2,但x<y,所以q⇒/ p.因此,p是q的既不充分也不必要条件. 跟踪训练 (1) p是q的必要不充分条件. (2) p是q的充要条件. (3) p是q的充分不必要条件. (4) p是q的既不充分也不必要条件. 【检测反馈】 1. A 当x=1时,(x+1)(x-1)=0,故充分性成立;当(x+1)(x-1)=0时,x=1或x=-1,故必要性不成立,所以“x=1”是“(x+1)(x-1)=0”的充分不必要条件. 2. A 对于A,由ab≠0,得故p是q的充分条件;对于B,由a2+b2≥0,得故p不是q的充分条件;对于C,由x2>1,得x>1或x<-1,故p不是q的充分条件;对于D,若b<a<0,则不能推出>,故p不是q的充分条件. 3. BD 对于A,当c=0时,ac2=bc2,故A错误;对于B,因为a<b<0,所以ab>b2且a2>ab,所以a2>ab>b2,故B正确;对于C,当a>2时,<成立,当a<0时,<也成立,所以“a>2”是“<”的充分不必要条件,故C错误;对于D,当a>|b|时,a>|b|≥0,所以a2>b2;当a2>b2时,取a=-2,b=-1,则a>|b|不成立,所以“a>|b|”是“a2>b2”的充分不必要条件,故D正确. 故选BD. 4. 必要不充分 当x=1,y=7时,满足命题甲:此时命题乙不成立,即充分性不成立;反之,若命题乙:成立,则命题甲一定成立,即必要性成立,所以甲是乙的必要不充分条件. 5. (1) 因为“2x+m<0”是“x<-1或x>3”的充分条件, 所以⊆{x|x<-1或x>3}, 则-≤-1, 解得m≥2, 故存在实数m≥2,使“2x+m<0”是“x<-1或x>3”的充分条件. (2) 因为“2x+m<0”是“x<-1或x>3”的必要条件, 所以{x|x<-1或x>3}⊆, 显然这是不可能的, 故不存在实数m,使“2x+m<0”是“x<-1或x>3”的必要条件. 1.4.2 充分条件与必要条件(2) 【活动方案】 思考1:(1) 若p⇒q,则称p是q的充分条件,q是p的必要条件. (2) 若p⇔q,则p是q的充要条件. (3) 若p⇒q,且q⇏p,则称p是q的充分不必要条件. (4) 若p⇏q,且q⇒p,则称p是q的必要不充分条件. (5) 若p⇏ q,且q⇏p,则称p是q的既不充分也不必要条件. 例1 (1) 充要 (2) 必要不充分 (3) 既不充分也不必要 (4) 充分不必要 (1) 当x=3时,x-3==0;当x-3=时,可得x=3,所以“x=3”是“x-3=”的充要条件. (2) 取x=1,满足x<2,但不满足x<0,若x<0,则必有x<2,所以“x<2”是“x<0”的必要不充分条件. (3) 由0≤x≤6,推不出-2≤x≤4,由-2≤x≤4也推不出0≤x≤6,所以“0≤x≤6”是“-2≤x≤4”的既不充分也不必要条件. (4) 根据三角形全等的性质,得出两个全等三角形的面积相等,反过来,由两个三角形的面积相等,不能得出两个三角形全等.例如,如图,直角三角形ABC与等腰三角形A′BC同底等高,这两个三角形的面积相等,但这两个三角形不全等,所以“两个三角形全等”是“两个三角形的面积相等”的充分不必要条件. 思考2:(1) A=B (2) BA (3) A⃘B,B⃘A 思考3:设集合A={x|x满足条件p},B={x|x满足条件q}. (1) 若A⊆B,则p是q的充分条件. (2) 若B⊆A,则p是q的必要条件. (3) 若A=B,则p是q的充要条件. (4) 若A⊆B且B⊊A,即AB,则p是q的充分不必要条件. (5) 若B⊆A且A⊊B,即BA,则p是q的必要不充分条件. (6) 若A⊊B且B⊊A,则p是q的既不充分也不必要条件. 例2 (1) 充要条件 (2)充分不必要条件 例3 (1) 由x2+x-6=0,得x=2或x=-3. 由mx+1=0,m≠0,得x=-. 令A={2,-3},B=, 因为q是p的充分条件,所以B⊆A. 当-=2时,m=-;当-=-3时,m=. 所以m=-或m=. (2) 因为x∈N是x∈M的必要条件,所以M⊆N, 所以解得-2≤a≤7. 故实数a的取值范围为-2≤a≤7. 跟踪训练 m≤-2 由题意知{x|x<m}是{x|x<-2或x≥8}的真子集,故有m≤-2. 例4 必要性:因为方程ax2+bx+c=0有一正根和一负根,所以Δ=b2-4ac>0,<0,所以ac<0. 充分性:由ac<0可推得Δ=b2-4ac>0及<0,所以方程ax2+bx+c=0有两个相异实根,且两根异号,即方程ax2+bx+c=0有一正根和一负根. 综上所述,“一元二次方程ax2+bx+c=0有一正根和一负根”的充要条件是“ac<0”. 【检测反馈】 1. A 设A={x|1<x<2},B={x|x≤2}.因为AB,所以“1<x<2”是“x≤2”的充分不必要条件. 2. B 由<1,得>0,即x(x-1)>0,解得x<0或x>1,所以充分性不成立;由“x>1”能得到“<1”,即必要性成立,所以“<1”是“x>1”的必要不充分条件. 3. AD 由-<5x-3<12,解得-<x<3. 因为是的子集,所以-<x<4是-<5x-3<12的一个必要条件,故A正确;同理,是{x|-1<x<6}的子集,所以-1<x<6是-<5x-3<12的一个必要条件,故D正确;B,C均不满足要求. 故选AD. 4. m=-2 函数y=x2+mx+1的图象关于直线x=1对称,则-=1,即m=-2;反之,若m=-2,则y=x2-2x+1的图象关于直线x=1对称. 5. (1) 若x∈P是x∈S的充要条件,则P=S, 即无解, 故实数m不存在. (2) 若x∈P是x∈S的必要条件,则S⊆P, 当S≠∅时,有解得m=0; 当S=∅时,有1-m>1+m,解得m<0. 综上,实数m的取值范围为{m|m≤0}. 学科网(北京)股份有限公司 $

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