内容正文:
1.1.3集合的基本运算
小明同学购买文具情况
第一次购买
第二次购买
第一次与第二
次都买了哪几
种文具?
两次总共买了
哪些文具?
如果把两次购买的文具分别看成两个集合,这体现了什么?
两实数可以进行加减运算,集合可以进行类似的“加减”运算吗?
探究点1 交集
思考1: 观察下列各个集合,你能说出集合C与集合A,B之间的关系吗?
(1),,;
(2),,;
(3),
,
.
集合间元素的关系
【解答】集合C中的元素既在集合A中,又在集合B中.
思考2:你能归纳出交集的概念吗?
集合C是集合A与B的交集
交集
一般地,给定两个集合A,B,由既属于A又属于B的所有元素(即A和B的公共元素)组成的集合,称为A与B的交集,记作A∩B(读作“A交B”),即 A∩B=___________________.
用维恩图表示为:
{x|x∈A,且x∈B }
思考3:你能用维恩图表示出它们之间的关系吗?
用符号怎么表示?
即时训练
求出下列集合的交集:
(1),;
(2),;
(3),;
(4),;
(5),.
【总结提升】 交集的性质
(1);
(2);
(3);
(4),;
(5)如果,则
反之,如果,则.
探究点2 并集
思考1:观察下列各个集合,你能说出集合C与集合A,B之间的关系吗?
(1) A={1,3,5}, B={2,4,6} ,C={1,2,3,4,5,6}
(2) A={x|x是有理数},B={x|x是无理数}, C={x|x是实数}.
集合C是集合A与B的并集
【解答】集合C是由所有属于集合A和集合B的元素组成的.
思考2:你能归纳出并集的概念吗?
一般地,给定两个集合A,B,由这两个集合的所有元素组成的集合, 称为A与B的并集,记作A∪B(读作“A并B”),
并集
即:A∪B__________________.
={x|x∈A,或x∈B}
思考3:你能用维恩图表示出它们之间的关系吗?
用维恩图表示为:
即时训练
1.求出下列集合的交集:
(1),;
(2),;
(3),
2. 设集合M={x|x2+2x=0,x∈R},N={x|x2-2x=0,x∈R},则M∪N的子集个数为( )
A.2 B.4 C.8 D.16
C
【总结提升】 并集的性质
(1);
(2);
(3);
(4),;
(5)如果,则
反之,如果,则.
思考4:是否对于任意集合A,B都满足 ?
思考5:如果A中有n个元素,B中有m个元素,那么A∪B中一定有m+n个元素吗?
若A∩B=∅,A∪B中有m+n个元素.否则少于m+n个元素.符号card(A)表示A中的元素个数,则有card(A∪B)=card(A)+card(B)-card(A∩B).
A=B时不满足
不一定.
A
B
例1 (1)已知区间A=,B=,求,A∪B.
【解析】等在数轴上表示出A和B,
由图可知,
画数轴、找端点是关键
-2
-1
0
1
2
3
4
5
A
B
A∪B
-3
(2)已知集合,,求 .
【分析】集合A的元素是直线上的点,集合B的元素是直线上的点,因此中的元素为两直线的交点.
解:由,解得
所以=
列方程组求交点
元素是点,要写成坐标形式
【变式练习】
1.设集合A={x∣-1<x<2},集合B={x∣1<x<3},求和A∪B.
2.已知集合,,求 .
解:=,A∪B=
2.由,解得,所以=
-2
-1
0
1
2
3
4
5
例2.已知A={x|<x≤+8},B={x|x<-1或x>5}.若A∪B=R,求的取值范围.
【解析】由<+8,又B={x|x<-1或x>5},在数轴上标出集合A,B的解集,如图.
因为,
则,
所以的取值范围是.
【变式练习】
已知A={x|x≤4}, B={x|x>},若A∪B=R,求实数的取值范围.
【解析】
x
如图 ≤4.
例3.设集合A={-2},B={|x+1=0 ,∈R},若A∩B=B,求的值.
【解析】 ∵A∩B=B,∴B⊆A.
∵A={-2}≠∅,
∴B=∅或B≠∅.
【变式练习】
设集合A={-1,0,1},B={,},则使A∪B=A成立,则的的值为_____.
【解析】因为A∪B=A,所以B⊆A,
所以2=0或2=1,
所以=0或=±1,
当=0时,B={0,0},不符合条件,舍去
当=1时,B={1,1},不符合条件,舍去,
当=-1时,B={-1,1},符合条件.
所以=-1.
-1
两种方法
几个性质
并集与交集
两个定义
数轴和维恩图.
并集 A∪B={x|x∈A或x∈B},
交集 A∩B={x|x∈A且x∈B}.
A∩A=A,A∪A=A,
A∩=,A∪=A;
A∩B=B∩A,A∪B=B∪A.
万物相生相克,取长补短.
那么一个集合有和它互补的集合吗?我们这节课就来研究这个问题.
探究点1 全集
思考2:方程落在集合中的解构成的集合是什么?它与集合
{1,,}
思考1:不等式在实数范围内的解集是什么?在整数范围内的解集是什么?
{2,3,4,5}
是集合U的子集
思考3:这种研究问题前给定的范围、含有所研究问题的所有元素的集合叫全集,如Q,R,Z等.那么你能归纳出全集的概念吗?
如果所要研究的集合都是某一给定集合的子集,那么称这个给定的集合为全集.通常记作U.
对于所研究的任意集合A与对应全集可用维恩图表示为:
全集
U
A
探究点2 补集
思考1:这三个集合之间有何关系?
【解析】集合A,B都是集合S的子集,.
思考2:如果且,你能得到什么结论?
,所有属于集合S但不属于集合A的元素组成的集合就是集合B.
观察下列各个集合
(1)S={1,2,3,4,5},A={1,2,3},B={4,5};
(2)S=R,A=,B=;
(3)S={高一年级的同学},A={高一年级参加军训的同学},B={高一年级没有参加军训的同学}.
可将集合S看作全集
称集合B是集合A的补集
补集
如果集合是全集的一个子集,由中不属于的所有元素组成的集合,称为在中的补集,记作
读作“在U中的补集”
可用维恩图表示为
即
U
A
注意:
补集符号有三层含义:
(1)是的一个子集,即;
(2)表示一个集合,且;
(3)是中所有不属于的元素构成的集合.
例1. 已知,,,求,,,.
【分析】注意中的元素都是自然数,而A,B都是的子集.
【解析】
因为U={0,1,2,3,4,5,6,7}
所以{3,4,5,6,7},{0,4,5,6,7}.
{0,3,4,5,6,7}.
{0,3,4,5,6,7}.
思考2:相等是偶然的吗?试着用维恩图判断一下吧.
探究点3 补集的运算性质
若全集为,,则:
(1) ;
(2)= ;
(3)= ;
(4);
(5).
U
CUA
A
U
1. 已知集合A,B,全集U={1,2,3,4},且∁U(A∪B)={4},B={1,2},则A∩=( )
A.{3} B.{4} C.{3,4} D.∅
【解析】因为全集U={1,2,3,4},且A∪B)={4},所以A∪B={1,2,3},
B={1,2},所以={3,4},所以A={3}或{1,3}或
{3,2}或{1,2,3}.
所以A∩={3}.
【变式练习】
A
设全集U=R,在数轴上表示出集合A={x|-2<x<1}的补集∁UA.
解:画出数轴,通过数轴上集合的表示可得A的补集
所以∁UA= {x|x≤-2或x≥1}
例2.已知求,.
【解析】画出数轴,通过数轴上集合的表示可得A,B的补集
,
【变式练习】
2
注意:A中能取到端点,则补集中取不到,反之亦然.
A
B
例3 设全集,集合,,求实数的值.
【解析】因为
所以,
所以,解得
当时,集合,不符合题意,舍去.
当时,集合,符合题意.
综上所述,实数的值为.
集合A与中都是全集U子集
要注意检验是否符合元素的互异性
【变式练习】
已知全集,集合,,求实数的值.
【解析】因为
所以,
所以,解得
此时,集合,符合题意.
因此,实数的值为.
探究点一 两个集合的交集运算
【例1】 (1)设集合A={x|x2-7x+6=0},B={x|4<x<9,x∈N},求A∩B.
解 A={1,6},B={5,6,7,8},用维恩图表示集合A,B,如图所示,
依据交集的定义,观察可得A∩B={6}.
(2)[北师大版教材例题改编]已知集合A={x|-1≤x<2},B={x|0≤x≤3},求A∩B.
解 在数轴上表示出集合A,B(如图所示),则
A∩B={x|-1≤x<2}∩{x|0≤x≤3}={x|0≤x<2}.
规律方法 集合求交集的解题策略
求两个集合的交集时,首先要识别所给集合,其次要简化集合,即明确集合中的元素,使集合中的元素明朗化,最后再依据交集的定义写出结果.有时要借助于维恩图或数轴写出交集.
变式训练1(1)设集合A={-2,-1,0,1,2},B= ,则A∩B=( )
A.{0,1,2} B.{-2,-1,0}
C.{0,1} D.{1,2}
(2)若集合M={0,1,2,3,4},N={1,3,5},P=M∩N,则集合P的子集个数为 .
A
解析 因为A={-2,-1,0,1,2},B= ,所以A∩B={0,1,2}.故选A.
4
解析 ∵集合M={0,1,2,3,4},N={1,3,5},P=M∩N,
∴P={1,3},∴集合P的子集个数为22=4.
探究点二 两个集合的并集运算
【例2】 [人教A版教材例题]设集合A={x|-1<x<2},集合B={x|1<x<3},求A∪B.
解 A∪B={x|-1<x<2}∪{x|1<x<3}={x|-1<x<3}.
规律方法 求两个集合的并集时,若用描述法给出的集合,要先明确集合中的元素是什么,有时直接观察可写出并集,有时则需借助图示写出并集;若用列举法给出集合,则依据并集的定义,可直接观察或借助于维恩图写出并集.
变式训练2[人教A版教材习题]设A={x|x是等腰三角形},B={x|x是直角三角形},求A∩B,A∪B.
解 A∩B={x|x是等腰直角三角形};A∪B={x|x是等腰三角形或直角三角形}.
探究点三 集合运算性质的运用
【例3】 设A={x|x2-2x=0},B={x|x2-2ax+a2-a=0}.
(1)若A∩B=B,求a的取值范围;
(2)若A∪B=B,求a的值.
分析先化简集合A,B,再由已知条件得A∩B=B和A∪B=B,转化为集合A,B的包含关系,分类讨论求a的值或取值范围.
解 由x2-2x=0,得x=0或x=2.∴A={0,2}.
(1)∵A∩B=B,∴B⊆A,则集合B可能的情况为B=⌀,{0},{2},{0,2}.
当B=⌀时,Δ=4a2-4(a2-a)=4a<0,解得a<0;
综上所述,得a的取值范围是{a|a=1或a≤0}.
(2)∵A∪B=B,∴A⊆B.
∵A={0,2},而B中方程至多有两个根,
∴A=B,由(1)知当B=A时a=1.
规律方法 利用交、并集运算求参数的思路
(1)涉及A∩B=B或A∪B=A的问题,可利用集合的运算性质,转化为相关集合之间的关系求解,要注意空集的特殊性.
(2)将集合中的运算关系转化为两个集合之间的关系.若集合中的元素能一一列举,则可用观察法得到不同集合中元素之间的关系,这时要注意集合中元素的互异性;与不等式有关的集合,则可利用数轴得到不同集合之间的关系.
变式训练3集合A={x|-1≤x<3},B={x|2x-4≥x-2}.
(1)求A∩B;
(2)若集合C={x|2x+a>0},满足B∩C=B,求实数a的取值范围.
解 (1)由题意得B={x|x≥2},
又A={x|-1≤x<3},如图,
所以A∩B={x|2≤x<3}.
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A 级 必备知识基础练
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1.[探究点一](多选题)若集合A={x|-2<x<1},B={x|0<x<2},则集合A∩B等于
( )
A.(0,1) B.{x|-2<x<1}
C.(-2,1) D.{x|0<x<1}
AD
解析 在数轴上分别表示出集合A,B,如图所示,
由数轴可知,A∩B={x|0<x<1}=(0,1).
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2.[探究点二]已知集合A={x|x2-2x-3=0},B={1,x},若A∩B={3},则A∪B=( )
A.{1,3}
B.{-1,3}
C.{-1,1,3}
D.{-3,-1,3}
C
解析 由题可知,A={x|x2-2x-3=0}={-1,3}.
因为A∩B={3},所以B={1,3},所以A∪B={-1,1,3}.故选C.
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3.[探究点二]设集合A={0},B={2,m},且A∪B={-1,0,2},则实数m等于( )
A.-1 B.1 C.0 D.2
A
解析 由于 A∪B={-1,0,2},则-1∈A或-1∈B.
因为A={0},所以-1∉A.所以必有-1∈B.
又B={2,m},则m=-1.
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C.{x|4≤x<5} D.{x|0<x≤5}
B
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5.[探究点一、二](多选题)[2023江苏连云港高一期末]已知集合A={x∈Z|x<4},B⊆N,则 ( )
A.集合B∪N=N B.集合A∩B可能是{1,2,3}
C.集合A∩B可能是{-1,1} D.0可能属于B
ABD
解析 ∵B⊆N,∴B∪N=N,故A正确.
∵集合A={x∈Z|x<4},∴集合A中一定包含元素1,2,3,
∵B⊆N,∴集合A∩B可能是{1,2,3},故B正确;
∵-1∉N,∴集合A∩B不可能是{-1,1},故C错误;
∵0是最小的自然数,∴0可能属于集合B,故D正确.故选ABD.
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6.[探究点二·人教A版教材习题改编]设A={x|x是幸福农场的汽车},B={x|x是幸福农场的货车},A∪B= .
{x|x是幸福农场的汽车或货车}
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7.[探究点一、二]若集合A={x|-1<x<5},B={x|x≤1或x≥4},则A∪B= ,A∩B= .
R
{x|-1<x≤1或4≤x<5}
解析 借助数轴可知:A∪B=R,A∩B={x|-1<x≤1或4≤x<5}.
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8.[探究点一]设集合A={(x,y)|y=ax+1},B={(x,y)|y=x+b},且A∩B={(2,5)},则a= ,b= .
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9.已知集合A={x|1<x<3},集合B={x|m<x<1-m}.
(1)当m=-1时,求A∪B;
(2)若A∩B=A,求实数m的取值范围.
解 (1)当m=-1时,B={x|-1<x<2},
∴A∪B={x|-1<x<3}.
(2)∵A∩B=A,∴A⊆B,
即实数m的取值范围为(-∞,-2].
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14.某班有36名同学参加数学、物理、化学课外探究小组,每名同学至多参加两个小组,已知参加数学、物理、化学小组的人数分别为26,15,13,同时参加数学和物理小组的有6人,同时参加物理和化学小组的有4人,则同时参加数学和化学小组的有 人.
8
解析 如图,A表示数学探究小组,B表示物理探究小组,C表示化学探究小组,设同时参加数学和化学小组的有x人,由全班共36名同学参加课外探究小组可得(26-6-x)+6+(15-4-6)+4+(13-4-x)+x=36,解得x=8.
过关自诊
1.判断正误.(正确的画√,错误的画×)
(1)∁UU=⌀,∁U⌀=U.( )
(2)若A⊆B⊆U,则∁UA⊇∁UB.( )
(3)若x∈U,则x∈A或x∈∁UA,二者必居其一.( )
√
√
√
规律方法 求集合补集的解题策略
(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,再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于维恩图来求解.这样处理起来,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,则常借助于数轴,先把已知集合及全集分别表示在数轴上,再根据补集的定义求解,这样处理比较形象直观,解答过程中注意端点值能否取得.
变式训练1求解下列各题:
(1)设全集U=R,集合A={x|0≤x<3},则∁UA= ;
(2)已知集合A={x|-5≤x≤3},B={x|x<-2或x>4},则A∩B= ,∁RA= .
{x|x<0或x≥3}
[-5,-2)
(-∞,-5)∪(3,+∞)
解析 由于全集U=R,画出数轴(如图所示),由补集的定义可得∁UA={x|x<0或x≥3}.
解析 因为集合A={x|-5≤x≤3},B={x|x<-2或x>4},可得A∩B=[-5,-2),可得∁RA=(-∞,-5)∪(3,+∞).
规律方法 集合运算的解题技巧
(1)对于无限集,常借助于数轴,先把已知集合及全集分别表示在数轴上,再根据交、并、补的定义求解,这样处理比较形象直观,解答过程中注意端点的“取”与“舍”.
(2)对于有限集,应先把集合中的元素一一列举出来,再结合交、并、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于维恩图来求解,这样处理起来,相对来说比较直观、形象,且解答时不易出错.
变式训练2已知集合U={x|1≤x≤7},A={x|2≤x≤5},B={x|3≤x≤7}.求:
(1)A∩B;(2)(∁UA)∪B;(3)A∩(∁UB).
解 (1)由A={x|2≤x≤5},B={x|3≤x≤7},可得A∩B={x|3≤x≤5}.
(2)由U={x|1≤x≤7},A={x|2≤x≤5},故∁UA={x|1≤x<2或5<x≤7},所以(∁UA)∪B={x|1≤x<2或3≤x≤7}.
(3)由U={x|1≤x≤7},B={x|3≤x≤7},故∁UB={x|1≤x<3},所以A∩(∁UB)={x|2≤x<3}.
规律方法 1.由集合补集求有关参数问题的思路流程
2.含参数问题一般要用到分类讨论思想、等价转化思想及数形结合思想来解决.
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2.[探究点二·2022全国甲,理3]设全集U={-2,-1,0,1,2,3},集合A={-1,2},
B={x|x2-4x+3=0},则∁U(A∪B)=( )
A.{1,3} B.{0,3} C.{-2,1} D.{-2,0}
D
解析 由题意知B={1,3},则A∪B={-1,1,2,3},
所以∁U(A∪B)={-2,0},故选D.
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3.[探究点二]设全集U={x∈Z||x|≤2},A={x|x+1≤0,x∈U},B={-2,0,2},则(∁UA)∪B=( )
A.{1} B.{0,2}
C.{-2,0,1,2} D.(-1,2]∪{-2}
C
解析 因为U={x∈Z||x|≤2}={-2,-1,0,1,2},A={x|x+1≤0,x∈U}={-2,-1},所以∁UA={0,1,2},所以(∁UA)∪B={-2,0,1,2}.故选C.
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4.[探究点三](多选题)[2023黑龙江克东期中]已知全集U=R,集合
A={x|-2≤x≤7},B={x|m+1≤x≤2m-1},则使A⊆∁UB成立的实数m的取值范围可以是( )
A.{m|6<m≤10} B.{m|-2<m<2}
ABC
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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},又因为A⊆∁UB,则m+1>7或2m-1<-2,解得m>6或m< ,又因为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(6,+∞)∪(-∞,2).
故选ABC.
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5.[探究点一]设全集U={-3,-2,-1,0,1,2,3},集合A={x|x2+x-2=0},则∁UA= .
{-3,-1,0,2,3}
解析 ∵A={x|x2+x-2=0}={-2,1},
∴∁UA={-3,-1,0,2,3}.
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6.[探究点一]已知全集U={2,4,a2-a+1},A={a+1,2},∁UA={7},则a= .
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解析 因为∁UA={7},U={2,4,a2-a+1},
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7.[探究点二]若全集U=R,集合A={x|-3≤x≤1},A∪B={x|-3≤x≤2},则B∩∁UA= .
{x|1<x≤2}
解析 因为A={x|-3≤x≤1},A∪B={x|-3≤x≤2},所以∁UA={x|x<-3或x>1},{x|1<x≤2}⊆B⊆{x|-3≤x≤2},所以B∩∁UA={x|1<x≤2}.
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8.[探究点二]已知全集U={x|-5≤x≤3},A={x|-5≤x<-1},B={x|-1≤x<1},求∁UA,∁UB,(∁UA)∩(∁UB).
解 将集合U,A,B分别表示在数轴上,如图所示,
则∁UA={x|-1≤x≤3};
∁UB={x|-5≤x<-1或1≤x≤3};
(∁UA)∩(∁UB)={x|1≤x≤3}.
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9.[探究点二]已知集合A={x|4x2-11ax+8b=0}和B={x|x2-ax+b=0},满足∁UA∩B={2},A∩∁UB={4},U=R,求实数a,b的值.
解 由条件∁UA∩B={2}知,2∈B,且2∉A.
由A∩∁UB={4}知,4∈A,且4∉B.
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B 级 关键能力提升练
10.(多选题)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
AC
解析 选项A,由题意,A∩B={0,1},正确;选项B,∁UB={2,4},不正确;选项C,A∪B={0,1,3,4},正确;选项D,集合A的真子集个数为23-1=7,不正确.
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11. (多选题)已知集合M,N的关系如图所示,则下列结论中正确的是( )
A.M∩(∁RN)=⌀
B.M∪(∁RN)=R
C.(∁RM)∪(∁RN)=∁RM
D.(∁RM)∩(∁RN)=∁RM
BD
解析 由题意得N⫋M,对于A,C,D,设M={x|x<0},N={x|x<-1},则∁RM={x|x≥0},∁RN={x|x≥-1},则M∩(∁RN)={x|-1≤x<0},故A错误;
(∁RM)∪(∁RN)={x|x≥-1}=∁RN,故C错误,(∁RM)∩(∁RN)={x|x≥0}=∁RM,故D正确;
对于B,由维恩图和N⊆M知,M∪∁RN=R,故B正确.
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12.(多选题)设全集U={1,3,5,7,9},A={1,|a-5|,9},∁UA={5,7},则a的值可能是
( )
A.2 B.8 C.-2 D.-8
AB
解析 ∵∁UA={5,7},∴A={1,3,9},
∴|a-5|=3,解得a=2或8.
①当B=∅时,方程ax+1=0无解,此时a=0.
②当B≠∅时,此时a≠0,则B={-eq \f(1,a)},
∴-eq \f(1,a)∈A,
即有-eq \f(1,a)=-2,得a=eq \f(1,2).
综上,得a=0或a=eq \f(1,2).
{x}
当B={0}时,解得a=0;
当B={2}时,无解;
当B={0,2}时,解得a=1.
(2)由题意得,C=,
又B∩C=B,故B⊆C,所以-<2,所以a>-4.
所以实数a的取值范围为(-4,+∞).
4.[探究点一·2021全国甲,理1]设集合M={x|0<x<4},N=,则M∩N=( )
A. B.
解析 由交集的定义及图知M∩N= .
解析 ∵A∩B={(2,5)},∴解得
∴且m<1-m,解得m≤-2,
C. D.{m|5<m≤8}
-
所以解得a=3.
将2,4分别代入集合B,A中的方程,得
即解得
经检验知a,b符合题意,所以a=,b=-.
$