内容正文:
第一章 集合与常用逻辑用语
1.1 集合
1.1.3 集合的基本运算
第2课时 全集、补集及综合应用
(教师独具内容)
课程标准:1.在具体情境中,了解全集的含义.2.理解在给定集合中一个子集的补集的含义,能求给定子集的补集.3.能使用维恩图表达集合的补集运算,体会图形对理解抽象概念的作用.
教学重点:1.补集的定义(自然语言、符号语言、图形语言).2.会求集合的补集.
3.能进行简单的“交”“并”“补”混合运算.
教学难点:“子”“交”“并”“补”的综合问题.
核心素养:1.通过对全集、补集概念的学习培养数学抽象素养.2.通过应用补集解决问题培养逻辑推理素养和数学运算素养.
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
知识点一 全集
在研究集合与集合之间的关系时,如果所要研究的集合都是某一给定集合的________,那么称这个给定的集合为全集,全集通常用U表示.
[注意] 全集不是固定不变的,是相对于研究的问题而言的,如在整数范围内研究问题,Z是全集;在实数范围内研究问题,R是全集;若只讨论大于0小于5的实数,可选{x|0<x<5}为全集.通常也把给定的集合作为全集.
子集
核心概念掌握
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自然语言 如果集合A是全集U的一个子集,则由U中______________元素组成的集合,称为A在U中的补集,记作∁UA,读作“A在U中的______”
符号语言 ∁UA=_____________
图形语言
不属于A的所有
补集
{x|x∈U且x∉A}
知识点二 补集
核心概念掌握
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[拓展] (1)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.
(2)补集既是集合之间的一种关系,也是集合之间的一种运算.求集合A的补集的前提是A为全集U的子集,随着所选全集的不同,得到的补集也是不同的.
核心概念掌握
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知识点三 补集运算的性质
给定全集U及其任意一个子集A,都有:
(1)A∪(∁UA)=_____;
(2)A∩(∁UA)=____;
(3)∁U(∁UA)=____.
U
∅
A
核心概念掌握
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1.(并集、补集的综合)设全集U={1,2,3,4},集合A={1,2},B={2,4},则∁U(A∪B)=( )
A.{2} B.{3}
C.{1,2,4} D.{1,4}
2.(交集、补集的综合)已知全集U=R,集合A={-1,0,1,2},B={x|2x-1>0},则A∩(∁RB)=( )
A.{-1,0} B.{1,2}
C.{-1,0,1} D.{0,1,2}
核心概念掌握
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3.(交集、补集、维恩图的综合)已知三个集合U,A,B之间的关系如图所示,则(∁UB)∩A=( )
A.{3}
B.{0,1,2,4,7,8}
C.{1,2}
D.{1,2,3}
核心概念掌握
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核心素养形成
题型一 补集运算
解析 因为U={1,2,3,4,5},A={2,3,4},所以∁UA={1,5}.
(1)已知全集U={1,2,3,4,5},集合A={2,3,4},则∁UA=( )
A.{1,2,3,4,5} B.{1,5}
C.{2,3,4} D.以上都不对
核心素养形成
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解 ①把集合A表示在数轴上,如图所示.
由图知∁SA=(-∞,-1)∪[1,+∞).
②把集合S和A表示在数轴上,如图所示.
由图知∁SA=(-∞,-1)∪[1,2].
③把集合S和A表示在数轴上,如图所示.
由图知∁SA=[-4,-1)∪{1}.
(2)若集合A=[-1,1),当S分别取下列集合时,求∁SA.
①S=R;②S=(-∞,2];③S=[-4,1].
核心素养形成
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【感悟提升】 求集合补集的策略
(1)如果所给集合是有限集,则先把集合中的元素一一列举出来,然后结合补集的定义来求解.另外,针对此类问题,在解答过程中也常常借助维恩图来求解,这样处理相对来说比较直观、形象,且解答时不易出错.
(2)如果所给集合是无限集,在解答有关集合补集问题时,则常借助数轴,先把已知集合及全集分别表示在数轴上,然后根据补集的定义求解.
核心素养形成
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【跟踪训练】
1.(1)设全集U={-3,-2,-1,0,1,2,3},集合A={x|x2+x-2=0},则∁UA=_______________________.
(2)设全集U=R,集合A=(2,5],则∁UA=____________________.
解析:因为A={x|x2+x-2=0}={-2,1},所以∁UA={-3,-1,0,2,3}.
{-3,-1,0,2,3}
(-∞,2]∪(5,+∞)
解析:用数轴表示集合A为图中阴影部分,∴∁UA=(-∞,2]∪(5,+∞).
核心素养形成
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(1)如图所示,I是全集,M,P,S是I的3个子集,则阴影部分所表示的集合是( )
A.M∩P∩S B.(M∩P)∪S
C.M∩P∩(∁IS) D.(M∩P)∪(∁IS)
题型二 交集、并集、补集的综合运算
解析:阴影部分是M与P的公共部分,且在S的外部,故选C.
核心素养形成
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(2)若全集U={1,2,3,4},集合M={x|x2-4x+3=0},N={x|x2-5x+6=0},则∁U(M∩N)=( )
A.{4} B.{1,2}
C.{1,2,4} D.{1,3,4}
解析 ∵M={1,3},N={2,3},∴M∩N={3},∴∁U(M∩N)={1,2,4}.故选C.
核心素养形成
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解 ①由A={x|2≤x≤5},B={x|3≤x≤7},画出数轴,
由数轴可得A∩B={x|3≤x≤5}.
②由U={x|1≤x≤7},A={x|2≤x≤5},
画出数轴,
由数轴得∁UA={x|1≤x<2或5<x≤7},
再画数轴,
由数轴得(∁UA)∪B={x|1≤x<2或3≤x≤7}.
(3)已知全集U={x|1≤x≤7},集合A={x|2≤x≤5},B={x|3≤x≤7}.
求:①A∩B;②(∁UA)∪B;③A∩(∁UB).
核心素养形成
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③由U={x|1≤x≤7},B={x|3≤x≤7},
画出数轴,
故∁UB={x|1≤x<3},
再画数轴,
由数轴得A∩(∁UB)={x|2≤x<3}.
核心素养形成
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【感悟提升】 解决集合交、并、补运算的技巧
(1)如果所给集合是有限集,则先把集合中的元素一一列举出来,然后结合交集、并集、补集的定义来求解.在解答过程中常常借助于维恩图来求解.
(2)如果所给集合是无限集,则常借助数轴,把已知集合及全集分别表示在数轴上,然后进行交、并、补集的运算.解答过程中要注意边界问题.
核心素养形成
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【跟踪训练】
2.(1)图中阴影部分所表示的集合是( )
A.B∩[∁U(A∪C)] B.(A∪B)∪(B∪C)
C.(A∪C)∩(∁UB) D.[∁U(A∪C)]∪B
解析:阴影部分所表示的集合中的元素既在集合B中,又在A∪C的补集中,故选A.
核心素养形成
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(2)(全国甲卷)设集合A={x|x=3k+1,k∈Z},B={x|x=3k+2,k∈Z},U为整数集,∁U(A∪B)=( )
A.{x|x=3k,k∈Z} B.{x|x=3k-1,k∈Z}
C.{x|x=3k-2,k∈Z} D.∅
解析:因为整数集Z={x|x=3k,k∈Z}∪{x|x=3k+1,k∈Z}∪{x|x=3k+2,k∈Z},U=Z,所以∁U(A∪B)={x|x=3k,k∈Z}.故选A.
核心素养形成
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(3)设全集U=R,集合A={x|2≤x<5},B={x|3<x<6},则(∁UA)∩B=_____________.
解析:由题意得∁UA={x|x<2或x≥5},画出数轴,如图所示,由数轴得(∁UA)∩B={x|5≤x<6}.
{x|5≤x<6}
核心素养形成
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(4)设全集U={1,2,3,4,5},集合A={1,2,5},B={2,4,5}.
①计算∁UA,∁UB,A∪B,A∩B;
②计算(∁UA)∪(∁UB),(∁UA)∩(∁UB),∁U(A∪B),∁U(A∩B);
③在②的基础上,猜测一个一般性的结论,并利用维恩图证明.
解:①因为U={1,2,3,4,5},A={1,2,5},B={2,4,5},所以∁UA={3,4},∁UB={1,3},A∪B={1,2,4,5},A∩B={2,5}.
②(∁UA)∪(∁UB)={1,3,4},
(∁UA)∩(∁UB)={3},
∁U(A∪B)={3},∁U(A∩B)={1,3,4}.
核心素养形成
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③猜测:(∁UA)∪(∁UB)=∁U(A∩B);
(∁UA)∩(∁UB)=∁U(A∪B).证明如下:
用维恩图表示(∁UA)∪(∁UB)=∁U(A∩B),有
核心素养形成
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用维恩图表示(∁UA)∩(∁UB)=∁U(A∪B),有
核心素养形成
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题型三 利用集合间的关系求参数的取值范围
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.
核心素养形成
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[条件探究] 本例中若把“A∁RB”换成“A∩(∁RB)=∅”,则a的取值范围是什么?
核心素养形成
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【感悟提升】 利用补集求参数问题的方法
(1)解答本题的关键是利用A∁RB,对A=∅与A≠∅进行分类讨论,转化为等价不等式(组)求解,同时要注意区域端点的问题.
(2)不等式中的等号在补集中能否取到,要引起重视,还要注意补集是全集的子集.
(3)数轴与维恩图有同样的直观功效,在数轴上可以直观地表示数集,所以在进行集合的交、并、补运算时,常借助数轴求解.
核心素养形成
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【跟踪训练】
3.已知集合A={x|x<a},B={x|1<x<3}.
(1)若A∪(∁RB)=R,求实数a的取值范围;
(2)若A∁RB,求实数a的取值范围.
解:(1)∵B={x|1<x<3},∴∁RB={x|x≤1或x≥3}.要使A∪(∁RB)=R,结合数轴(如图)分析,可得实数a的取值范围为{a|a≥3}.
(2)A={x|x<a},∁RB={x|x≤1或x≥3}.
要使A∁RB,结合数轴(如图)分析,可得实数a的取值范围为{a|a≤1}.
核心素养形成
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随堂水平达标
1.已知集合A={x|-1≤x≤2},B={x|x<1},则A∩(∁R B)=( )
A.{x|x>1} B.{x|x≥1}
C.{x|1<x≤2} D.{x|1≤x≤2}
解析:由补集的概念和已知条件可得,∁RB={x|x≥1},又根据交集的定义可知A∩(∁RB)={x|1≤x≤2}.故选D.
随堂水平达标
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2.已知全集U={1,2,a2-2a+3},集合A={1,a},∁UA={3},则实数a=( )
A.0或2 B.0
C.1或2 D.2
解析:根据题意,得a2-2a+3=3,且a=2,解得a=2.故选D.
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3.(多选)设全集U={0,1,2,3,4},集合A={0,1,4},B={0,1,3},则( )
A.A∩B={0,1}
B.∁UB={4}
C.A∪B={0,1,3,4}
D.集合A的真子集个数为8
解析:因为A={0,1,4},B={0,1,3},所以A∩B={0,1},A∪B={0,1,3,4},A,C正确;又全集U={0,1,2,3,4},所以∁UB={2,4},B错误;集合A={0,1,4}的真子集有23-1=7个,D错误.故选AC.
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M
∁IM
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5.已知全集U=R,集合A={x|x2-x-2=0},B={x|mx+1=0},B∩(∁UA)=∅,则实数m的值为____________.
随堂水平达标
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课后课时精练
基础题(占比60%) 中档题(占比30%) 拔高题(占比10%)
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
难度 ★ ★ ★ ★ ★★ ★ ★ ★
对点 补集运算 并集、补集的混合运算 利用维恩图表示交集、并集、补集的混合运算 集合间的包含关系,交集、补集运算 利用交集、补集的混合运算求参数范围 交集、并集、补集的混合
运算 与补集有关的新定义问题 并集、补集的混合运算
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题号 9 10 11 12 13 14 15 16
难度 ★ ★★ ★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★
对点 利用补集运算求参
数值 利用交集、补集的混合运算求参数范围 交集、并集、补集的混合
运算 利用集合间的包含关系、补集运算求参数范围 并集、补集的混
合运算 判断维恩图表示的集合,交集、并集、补集的混合运算 利用交集、补集的混合运算求参
数值 集合间的包含关系及交集、并集、补集的综合应用
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一、单选题
1.已知全集A={x|1≤x≤6},集合B={x|2<x<5},则∁AB=( )
A.{x|x≤2或x≥5} B.{x|1≤x≤2或5≤x≤6}
C.{x|1≤x<2或5<x≤6} D.{x|1<x≤2或5≤x<6}
解析:由补集的定义,知∁AB={x|1≤x≤2或5≤x≤6}.故选B.
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2.(全国乙卷)设全集U={0,1,2,4,6,8},集合M={0,4,6},N={0,1,6},则M∪(∁UN)=( )
A.{0,2,4,6,8} B.{0,1,4,6,8}
C.{1,2,4,6,8} D.U
解析:由题意可得∁UN={2,4,8},则M∪(∁UN)={0,2,4,6,8}.故选A.
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解析:由维恩图可知,阴影部分的元素属于B但不属于A,所以用集合表示为B∩(∁UA).故选B.
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解析:根据M,N⊆U,M∩N=N,画出维恩图,如图所示,由图可知∁UM⊆∁UN.故选C.
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5.设全集U=R,集合A={x|x≤1或x≥3},B={x|k<x<k+1,k∈R},且B∩(∁UA)≠∅,则( )
A.k<0或k>3 B.2<k<3
C.0<k<3 D.-1<k<3
解析: ∵A={x|x≤1或x≥3},∴∁UA={x|1<x<3}.若B∩(∁UA)=∅,则k+1≤1或k≥3,即k≤0或k≥3,∴若B∩(∁UA)≠∅,则0<k<3.故选C.
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7.我们知道,如果集合A⊆S,那么S的子集A的补集为∁SA={x|x∈S,x∉A}.类似地,对于集合A,B,我们把集合{x|x∈A,x∉B}叫作集合A与B的差集,记作A-B.例如,A={1,2,3,4,5},B={4,5,6,7,8},则有A-B={1,2,3},B-A={6,7,8}.下列说法正确的是( )
A.若A={x|x>2},B={x|x>2或x<-2},则B-A={x|x<-2}
B.若A-B=∅,则B⊆A
C.若S是高一(1)班全体同学的集合,A是高一(1)班全体女同学的集合,则S-A=∁SA
D.若A∩B={2},则2一定是集合A-B的元素
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解析:对于A,因为A={x|x>2},B={x|x>2或x<-2},所以B-A={x|x<-2},故A正确;对于B,令A={1,2,3},B={1,2,3,4,5},则A-B=∅,但BA,故B错误;对于C,S-A表示高一(1)班全体同学中去掉全体女同学后剩下的全体同学的集合,即为高一(1)班全体男同学的集合,则必有S-A=∁SA,故C正确;对于D,令A={1,2,3},B={2,4,5},则A∩B={2},A-B={1,3},此时2∉{1,3},故D错误.故选AC.
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三、填空题
8.已知全集U={x∈Z|-3≤x≤3},集合A={-3,-2,1},B={0,1,2},则∁U(A∪B)=________.
解析:因为U={x∈Z|-3≤x≤3}={-3,-2,-1,0,1,2,3},A∪B=
{-3,-2,1}∪{0,1,2}={-3,-2,0,1,2},所以∁U(A∪B)={-1,3}.
{-1,3}
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10.已知M={x|x<-2或x≥3},N={x|x-a≤0},若N∩(∁RM)≠∅(R为实数集),则a的取值范围是____________.
解析:由题意,得∁R M={x|-2≤x<3≤},N={x|xa},借助数轴
,可得a≥-2.
[-2,+∞)
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12.已知全集U=R,集合A={x|-2≤x≤5},B={x|a+1≤x≤2a-1},且A⊆∁UB,求实数a的取值范围.
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13.已知集合M={x|-3<x≤5},N={x|x<-5或x>4},则M∪(∁RN)=( )
A.{x|x<-5或x>-3} B.{x|-3<x≤4}
C.{x|-5≤x≤5} D.{x|x<-3或x>5}
解析:因为N={x|x<-5或x>4},所以∁R N={x|-5≤x≤4},因为M=
{x|-3<x≤5},所以M∪(∁R N)={x|-5≤x≤ 5}.故选C.
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14.已知全集U={x|x∈Z,|x|≤3},集合A={-2,0,1,2},B={-2,1,3},则图中阴影部分表示的集合为___________.
解析:由题意,得全集U={x|x∈Z,|x|≤3}={-3,-2,-1,0,1,2,3},又集合A={-2,0,1,2},B={-2,1,3},所以∁UA={-3,-1,3},∁UB=
{-3,-1,0,2},故A∩(∁UB)={0,2},B∩(∁UA)={3},则图中阴影部分表示的集合为[A∩(∁UB)]∪[B∩(∁UA)]={0,2,3}.
{0,2,3}
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15.设U=R,集合A={x|x2+3x+2=0},B={x|x2+(m+1)x+m=0}.若(∁UA)∩B=∅,求m的值.
解:A={-2,-1},
由(∁UA)∩B=∅,得B⊆A,
∵方程x2+(m+1)x+m=0的判别式Δ=(m+1)2-4m=(m-1)2≥0,
∴B≠∅.
∴B={-1}或B={-2}或B={-1,-2}.
①若B={-1},则m=1;
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②若B={-2},则应有-(m+1)=(-2)+(-2)=-4,且m=(-2)×(-2)=4,这两式不能同时成立,
∴B≠{-2};
③若B={-1,-2},则应有-(m+1)=(-1)+(-2)=-3,且m=(-1)×(-2)=2,由这两式得m=2.
综上可得,m=1或m=2.
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R
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的取值范围为{a|a≤1或a≥2}.
解:①若A=∅,则a≥2满足题意;
②若A≠∅,则需满足eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2a-2<a,,2a-2≥1,,a≤2,))解得eq \f(3,2)≤a<2.
综上所述,a的取值范围为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(a\b\lc\|(\a\vs4\al\co1(a≥\f(3,2))))).
4.已知M,N为集合I的非空真子集,且M,N不相等,若N∩(eq \a\vs4\al(∁I)M)=∅,则M∪N=________,(eq \a\vs4\al(∁I)N)∩(eq \a\vs4\al(∁I)M)=________.
解析:由N∩(eq \a\vs4\al(∁I)M)=∅,知N与eq \a\vs4\al(∁I)M没有公共元素,依据题意画出维恩图,如图所示,可得N⊆M,所以M∪N=M,(eq \a\vs4\al(∁I)N)∩(eq \a\vs4\al(∁I)M)=eq \a\vs4\al(∁I)M.
解析:A={-1,2},B∩(∁UA)=∅等价于B⊆A.当m=0时,B=∅⊆A;当m≠0时,B=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(-\f(1,m))),∴-eq \f(1,m)=-1或-eq \f(1,m)=2,即m=1或m=-eq \f(1,2).综上,实数m的值为0,1或-eq \f(1,2).
0,1或-eq \f(1,2)
3.图中的阴影部分表示的集合是( )
A.A∩(eq \a\vs4\al(∁U)B)
B.B∩(eq \a\vs4\al(∁U)A)
C.eq \a\vs4\al(∁U)(A∩B)
D.eq \a\vs4\al(∁U)(A∪B)
4.已知U为全集,集合M,N⊆U,若M∩N=N,则( )
A.eq \a\vs4\al(∁U)N⊆eq \a\vs4\al(∁U)M
B.M⊆eq \a\vs4\al(∁U)N
C.eq \a\vs4\al(∁U)M⊆eq \a\vs4\al(∁U)N
D.eq \a\vs4\al(∁U)N⊆M
二、多选题
6.已知集合A,B均为全集U={1,2,3,4}的子集,且eq \a\vs4\al(∁U)(A∪B)={4},B={1,2},则下列说法正确的是( )
A.A∪B={1,2,3}
B.集合A有4个
C.A∩(eq \a\vs4\al(∁U)B)={3}
D.(eq \a\vs4\al(∁U)A)∩(eq \a\vs4\al(∁U)B)={3,4}
解析:∵eq \a\vs4\al(∁U)(A∪B)={4},U={1,2,3,4},∴A∪B={1,2,3},故A正确;又B={1,2},∴A={1,3}或A={2,3}或A={1,2,3}或A={3},故B正确;∵B={1,2},∴∁UB={3,4},∴A∩(∁UB)={3},故C正确;∵(eq \a\vs4\al(∁U)A)∩(eq \a\vs4\al(∁U)B)=eq \a\vs4\al(∁U)(A∪B)={4},故D错误.故选ABC.
9.设全集U={2,4,-(a-3)2},集合A={2,a2-a+2},若eq \a\vs4\al(∁U)A={-1},则实数a的值为________.
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.
四、解答题
11.已知全集U={x|x≤4},集合A={x|-2<x<3},B={x|-3≤x≤2},求A∩B,(eq \a\vs4\al(∁U)A)∪B,A∩(eq \a\vs4\al(∁U)B),eq \a\vs4\al(∁U)(A∪B).
解:把集合A,B,U表示在同一数轴上,如图所示,由图可得eq \a\vs4\al(∁U)A={x|x≤-2或3≤x≤4},
eq \a\vs4\al(∁U)B={x|x<-3或2<x≤4}.
A∩B={x|-2<x≤2}, A∪B={x|-3≤x<3}.
故(eq \a\vs4\al(∁U)A)∪B={x|x≤2或3≤x≤4},
A∩(eq \a\vs4\al(∁U)B)={x|2<x<3}, eq \a\vs4\al(∁U)(A∪B)={x|x<-3或3≤x≤4}.
解:若B=∅,则a+1>2a-1,则a<2,
此时∁UB=R,∴A⊆∁UB,满足条件;
若B≠∅,则a+1≤2a-1,即a≥2,
此时∁UB={x|x<a+1或x>2a-1},
∵A⊆∁UB,∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a≥2,,a+1>5))或eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a≥2,,2a-1<-2,))
解得a>4.
综上,实数a的取值范围为{a|a<2或a>4}.
16.在①A∪B=B;②A⊆(A∩B);③A∩B=∅这三个条件中任选一个,补充到下面的横线处,并求解下列问题.
已知集合A={x|2a-1<x≤a+1},B={x|-1≤x≤3}.
(1)当a=-eq \f(1,2)时,求A∩(∁RB);
(2)若________,求实数a的取值范围.
解:(1)当a=-eq \f(1,2)时,集合A=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x|-2<x≤\f(1,2))),B={x|-1≤x≤3},
则∁RB={x|x>3或x<-1},
所以A∩(∁RB)={x|-2<x<-1}.
(2)若选择①,由A∪B=B可得A⊆B,
因为A={x|2a-1<x≤a+1},
当A=∅时,A⊆B成立,则2a-1≥a+1,
解得a≥2;
当A≠∅时,由A⊆B可得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2a-1<a+1,,2a-1≥-1,,a+1≤3,))
解得0≤a<2.
综上,实数a的取值范围是{a|a≥0}.
若选择②,由A⊆(A∩B)可得A⊆B,下同选①.
若选择③,因为A={x|2a-1<x≤a+1},B={x|-1≤x≤3},
当A=∅时,A∩B=∅成立,则2a-1≥a+1,
解得a≥2;
当A≠∅时,由A∩B=∅可得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2a-1<a+1,,a+1<-1))
或eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2a-1<a+1,,2a-1≥3,))解得a<-2.
综上,实数a的取值范围是{a|a≥2或a<-2}.
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