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《正禾一本通》
高中同步高效导学案
数学(人教)·必修一
1
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第一章 集合与常用逻辑用语
3
目
录
自主学习·新知感悟
合作探究·思维进阶
学以致用·课堂评价
课后分层练
自主学习·新知感悟
合作探究·思维进阶
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1.2 集合间的基本关系
学习目标 1.理解集合之间包含与相等的含义,能识别给定集合的子集,提升数学抽象素养.(重点) 2.能判断给定集合间的关系,提高利用类比发现新结论的能力,提升逻辑推理素养.(难点) 3.会由集合间的关系求相关参数的取值范围,并在具体情境中了解空集的含义,提升数学运算和数学抽象素养.(重点、难点) 4.掌握并能使用Venn图表达集合间的关系,提升直观想象素养.(重点)
世间万物都是普遍联系的,集合既然可以包罗万物,那么集合与集合之间肯定存在一定的联系.我们知道,两个实数之间有相等关系、大小关系,如5=5,5<7,5>3,等等.
问题1 类比实数之间的关系,你会想到集合之间有什么关系呢?
提示:集合之间有相等关系和范围大小的关系.
【自主评测】
1.教材挖掘:(1)请认真阅读教材P7~8,分析思考:“子集和真子集”的区别与联系.
提示:联系:真子集是子集的一种情况,如果集合A是集合B的真子集,那么集合A一定是集合B的子集;区别:子集可以相等,真子集不可以.真子集一定是子集,子集不一定是真子集.
(2)请认真阅读教材P7~8,分析思考:任意两个集合之间是否有包含关系.
提示:不一定,如集合A={2,5},B={1,2,3},这两个集合就没有包含关系.
(3)请认真阅读教材P8,分析思考:符号“∈”与符号“⊆”表达的含义相同吗?
提示:不同.“∈”表示元素与集合之间的关系,如1∈N;“⊆”表示集合与集合之间的关系,如{1,2,3}⊆{4,3,2,1};“∈”的左边是元素,右边是集合,“⊆”的两边均为集合.
2.判断是非:判断下面结论是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”.
(1)集合{0}是空集.( )
(2)空集是任何集合的真子集.( )
(3)若AB,则B中至少有一个元素不属于A.( )
(4)若B⊆A,元素a∉A,则a∉B.( )
答案:(1)× (2)× (3)√ (4)√
子集
观察下面两个实例,回答问题:
①集合A={0,1,2},B={0,1,2,3};
②集合A={x|x=2k,k∈Z},B={偶数}.
问题2 两个实例中集合A中的元素都是集合B中的元素吗?
提示:都是B中的元素.
问题3 两个实例中集合B中的元素都是集合A中的元素吗?
提示:实例①B中的元素0,1,2是A中元素,但3∉A.
实例②中集合B中的元素都是A中的元素.
1.Venn图
在数学中,我们经常用平面上 的内部代表集合,这种图称为Venn图.
封闭曲线
A⊆A
A⊆C
2.子集
定义
一般地,对于两个集合A,B,如果集合A中 一个元素都是集合B中的元素,就称集合A为集合B的子集
记法与读法
记作 (或 ),读作“A包含于B”(或“B包含A”)
图示
结论
(1)任何一个集合是它本身的子集,即
(2)对于集合A,B,C,若A⊆B,且B⊆C,则
任意
A⊆B
B⊇A
3.集合相等
一般地,如果集合A的任何一个元素都是集合B的元素,同时集合B的任何一个元素都是集合A的元素,那么集合A与集合B相等,记作 .
也就是说,若A⊆B,且B⊆A,则A=B.
A=B
例1 指出下列各组集合之间的关系:
(1)A={1,2,3},B={x|(x-1)(x-2)=0};
(2)A={x|x是长方形},B={x|x是两条对角线相等的平行四边形};
(3)A={x|1<x<6},B={x|x-1<8}.
解:(1)∵B={x|(x-1)(x-2)=0}={1,2},∴B⊆A.
(2)A,B两个集合都表示长方形构成的集合,故A=B.
(3)A={x|1<x<6},B={x|x-1<8},
则集合B={x|x<9},用数轴表示集合A,B,如图所示,由图可知A⊆B.
类题通法
判断集合间关系的常用方法
【迁移运用】 1.能正确表示集合M={x∈R|0≤x≤2}和集合N={x∈R|x2-x=0}关系的Venn图是( )
解析:选B.解x2-x=0得x=1或x=0,故N={0,1},易得NM,其对应的Venn图如选项B所示.
真子集与空集
观察下面两个例子,回答问题:
①集合A={1,5,6},B={5,6};
②集合M={x∈R|x2-2x+2=0}.
问题4 实例①中,集合A中的元素都是集合B中的元素吗?集合B中的元素都是集合A中的元素吗?
提示:不全是,1∈A,但1∉B;集合B中的元素都是集合A中的元素.
问题5 集合M中有多少个元素?
提示:M中没有元素.
1.真子集
定义
如果集合A⊆B,但存在元素x∈B,且x∉A,就称集合A是集合B的真子集
记法与读法
记作AB(或BA),读作“A真包含于B”(或“B真包含A”)
图示
结论
(1)若AB且BC,则AC;
(2)若A⊆B且A≠B,则AB
真子集
2.空集
(1)定义:把不含 的集合叫做空集.
(2)符号表示: .
(3)规定:空集是任何集合的 ,是任何非空集合的 .
任何元素
∅
子集
角度一 确定集合的子集和真子集
例2 (链接教材:人教A版P8例1)(1)写出集合{1,2,3}的所有子集,并指出哪些是它的真子集;
(2)已知集合A={(x,y)|x+y=1,x,y∈N},写出A的所有子集,并指出哪些是它的非空真子集.
解:(1)集合{1,2,3}的子集有∅,{1},{2},{3},{1,2},{1,3},{2,3},{1,2,3}.除了集合{1,2,3}本身之外,其他的子集都是它的真子集.
(2)由题意得A={(0,1),(1,0)},所以A的子集有∅,{(0,1)},{(1,0)},{(0,1),(1,0)},其中集合A的非空真子集有{(0,1)},{(1,0)}.
类题通法
(1)求有限集合的子集或真子集的思路
(2)求集合的子集的两个关注点
①要注意两个特殊的子集:∅和自身.
②按集合中含有元素的个数由少到多,分类一一写出,保证不重不漏
【迁移运用】 2.满足{1,2}M⊆{1,2,3,4,5}的集合M有_____个.
解析:由题意可得{1,2}M⊆{1,2,3,4,5},可以确定集合M必含有元素1,2,且含有元素3,4,5中的至少一个,因此依据集合M的元素个数分类如下:含有三个元素:{1,2,3},{1,2,4},{1,2,5};含有四个元素:{1,2,3,4},{1,2,3,5},{1,2,4,5};含有五个元素:{1,2,3,4,5}.故满足题意的集合M共有7个.
答案:7
角度二 由集合间的关系求参数的值(范围)
例3 (1)(2023·新高考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:选B.因为A⊆B,所以a-2=0或2a-2=0.
若a-2=0,解得a=2,此时A={0,-2},B={1,0,2},不符合题意;
若2a-2=0,解得a=1,此时A={0,-1},B={1,-1,0},符合题意;
综上所述,a=1.
(2)已知集合A={x|-2≤x≤5},集合B={x|m+1≤x≤2m-1},若B⊆A,求实数m的取值范围.
解:①若B=∅,则m+1>2m-1,所以m<2.②若B≠∅,且B⊆A,如图所示,
则 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(m+1≥-2,,2m-1≤5,,m+1≤2m-1,))解得2≤m≤3.
所以实数m的取值范围是{m|m≤3}.
变式探究 (1)(变条件)在本例(2)中,若把条件“B⊆A”改为“A⊆B”,解题过程有何变化?
解:若A⊆B,则集合B一定不是空集,不用再讨论第①步.
(2)(变条件)在本例(2)中,若把条件“A={x|-2≤x≤5}”改为“A={x|-2<x<5}”,其他条件不变,求实数m的取值范围.
解:①若B=∅,则m+1>2m-1,所以m<2.
②若B≠∅,且B⊆A,如图所示,
则 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(m+1>-2,,2m-1<5,,m+1≤2m-1,))解得 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(m>-3,,m<3,,m≥2,))即2≤m<3.
所以实数m的取值范围是{m|m<3}.
类题通法
应用集合关系求参数的四个步骤
1.下列关系中错误的是( )
A.{1,2}⊆{1,2,3,4}
B.1∈Z
C.{(a,b)}⊆{a,b}
D.{0,1}={1,0}
解析:选C.A、B、D显然正确;对于C,集合{(a,b)}为点集,含有一个元素(a,b),集合{a,b}含有两个元素a,b,故C错误.
2.已知集合A= eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(x2<3,x∈N)))),则A真子集的个数为( )
A.3 B.4 C.6 D.7
解析:选A.由题设,A={x|- eq \r(3)<x< eq \r(3),x∈N}={0,1},∴A的真子集共有22-1=3个.
3.已知集合A={x|x2+x-2=0},若集合B={-2,1},则A与B的关系是________.
解析:x2+x-2=(x+2)(x-1)=0,所以A={-2,1},因为B={-2,1},则A=B.
答案:A=B
4.若集合A={0,1,2,3},B={y|y=x2-1,x∈A},则集合B的所有子集的个数是________.
解析:由A={0,1,2,3},得B={y|y=x2-1,x∈A}={-1,0,3,8},共4个元素,因此集合B的子集有24=16个.
答案:16
正确理解空集,说明∅与0,{0},{∅}之间的关系
(链接教材:人教A版P7~8)
名师点拨
空集是不含任何元素的集合,规定空集是任何集合的子集,是任何非空集合的真子集.
(1)特别提示:根据空集是任何集合的子集,在遇到根据“A⊆B”或“AB”判断集合A的情况时,一定要分A=∅和A≠∅两种情况讨论.
类别
∅与0
∅与{0}
∅与{∅}
相同点
都表示“无”的意思
都是集合
都是集合
不同点
∅是集合;0是实数
∅不含任何元素;{0}含有一个元素0
∅不含任何元素;{∅}含有一个元素∅
关系
0∉∅
∅{0}
∅{∅}且∅∈{∅}
【基础巩固】
1.已知集合A={1,2,3},B={2,3},则( )
A.A=B B.A∩B=∅ C.AB D.BA
解析:选D.∵A={1,2,3},B={2,3},∴A≠B,A∩B={2,3}≠∅.又1∈A且1∉B,∴A不是B的子集.
2.已知集合 B={2,3,4,5},C={-2,-1,4,5},非空集合 A 满足A⊆B,A⊆C,则符合条件的集合 A 的个数为( )
A.3 B.4 C.7 D.8
解析:选A.由题意知集合B={2,3,4,5},C={-2,-1,4,5},因为非空集合A满足A⊆B,A⊆C,所以集合A 可以为{4}或{5}或{4,5},所以符合条件的集合A的个数为3.
3.已知集合M={y|y= eq \f(2x+1,3),x∈Z},N={y|y= eq \f(2,3)x-1,x∈Z},则集合M,N的关系是( )
A.M=N B.M⊆N C.M⊇N D.M∩N=∅
解析:选A.因为集合M={y|y= eq \f(2x+1,3),x∈Z},集合N={y|y= eq \f(2,3)x-1,x∈Z}={y|y= eq \f(2x-3,3)= eq \f(2(x-2)+1,3),x∈Z},所以M=N.
4.(2025·广东广州模拟)满足{x|x2+2x-3=0}⊆A{-3,-1,0,1,3}的集合A的个数为( )
A.3 B.7 C.8 D.15
解析:选B.由x2+2x-3=0,整理可得(x+3)=0,解得x=-3或x=1,则 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(-3,1))⊆A{-3,-1,0,1,3},设B= eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(-3,1)),所以∁AB eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(-1,0,3)),可得23-1=7.
5.设集合M={5,x2},N={5x,5}.若M=N,则实数x的值组成的集合为( )
A.{5} B.{1} C.{0,5} D.{0,1}
解析:选C.由M=N及集合M,N中的元素得x2=5x,解得x=0或x=5.经检验,x=0和x=5时均能满足集合中元素的互异性,所以x=0或x=5.因此实数x的值组成的集合为{0,5}.
6.(多选)(学科融合)图中反映的是“文学作品”“散文”“小说”“叙事散文”这四个文学概念之间的关系,则( )
A.A为小说 B.B为文学作品
C.C为散文 D.D为叙事散文
解析:选AB. 由Venn图,得AB,CDB,A与D之间无包含关系,A与C之间无包含关系,由“文学作品“散文”“小说”“叙事散文”四个文学概念之间的关系,可得 A 为“小说”,B 为“文学作品”,C为“叙事散文”,D为“散文”.
7.设x,y∈R,A={(x,y)|y=x},B={(x,y)| eq \f(x,y)=1},则A,B的关系是________.
解析:因为B={(x,y)| eq \f(x,y)=1}={(x,y)|y=x,且y≠0},所以BA.
答案:BA
8.若由a, eq \f(b,a),1组成的集合与由a2,a+b,0组成的集合相等,则a2 025+b2 025的值为________.
解析:由已知可得a≠0,
因为两集合相等,所以 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(b,a)=0,,a2=1))或 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(\f(b,a)=0,,a+b=1,))
所以 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(b=0,,a=1))或 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(b=0,,a=-1,))
经检验,a=-1,b=0满足条件,
所以a2 025+b2 025=-1.
答案:-1
9.(人教A必修一P8练习T1改编)集合{a,b,c}的所有子集有________,它的真子集有________________.
答案:∅,{a},{b},{c},{a,b},{a,c},{b,c},{a,b,c}
∅,{a},{b},{c},{a,b},{a,c},{b,c}
10.判断下列集合间的关系:
(1)A={-1,1},B={x∈N|x2=1};
(2)P={x|x=2n,n∈Z},Q={x|x=2(n-1),n∈Z};
(3)A={x|x-3>2},B={x|2x-5≥0};
(4)A={x|x=a2+1,a∈R},B={x|x=a2-4a+5,a∈R}.
解:(1)用列举法表示集合B={1},故BA.
(2)因为Q中n∈Z,所以n-1∈Z,Q与P都表示偶数集,所以P=Q.
(3)因为A={x|x-3>2}={x|x>5},
B={x|2x-5≥0}={x|x≥ eq \f(5,2)},
所以利用数轴判断A,B的关系.
如图所示,AB.
(4)因为A={x|x=a2+1,a∈R}={x|x≥1},B={x|x=a2-4a+5,a∈R}={x|x=(a-2)2+1,a∈R}={x|x≥1},所以A=B.
【综合运用】
11.(人教A 必修一 P9习题1.2T5(2)改编)若集合A={x|1<x<2},B={x|x>a},满足A⊆B,则实数a的取值范围是( )
A.{a|a≥2} B.{a|a≤1} C.{a|a≥1} D.{a|a≤2}
解析:选B.在数轴上表示出集合A,B(图略),因为A⊆B,所以a≤1.
12.(多选)集合A={x|(a-1)x2+3x-2=0}有且仅有两个子集,则a的取值可以是( )
A.1 B. eq \f(1,8) C.-1 D.- eq \f(1,8)
解析:选AD.由集合有两个子集可知,该集合是单元素集,当a=1时,满足题意.当a≠1时,由Δ=9+8(a-1)=0,可得a=- eq \f(1,8).
13.(2025·天津模拟)已知集合A={x|ax2+6x+3=0},B= eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(bx+1=0)))).
(1)若A⊆∅,求实数a的取值集合;
(2)若A的子集有两个,求实数a的取值集合;
(3)若1∈A且B⊆A,求实数b的取值集合.
解:(1)因为A⊆∅,所以A=∅,
当a=0时,则A= eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2))),与题意矛盾,
当a≠0时,则Δ=36-12a<0,解得a>3,
综上所述,实数a的取值集合为 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(a\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(a>3)))).
(2)因为A的子集有两个,所以集合A中只有一个元素,
当a=0时,则A= eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2))),符合题意,
当a≠0时,则Δ=36-12a=0,解得a=3,
综上所述,实数a的取值集合为 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(0,3)).
(3)因为1∈A,
所以a+6+3=0,解得a=-9,
所以A={x|-9x2+6x+3=0}={- eq \f(1,3),1},
当b=0时,B=∅⊆A,
当b≠0时,B= eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(-\f(1,b))),
因为B⊆A,所以- eq \f(1,b)=- eq \f(1,3)或- eq \f(1,b)=1,解得b=3或b=-1,
综上所述,实数b的取值集合为 eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(0,-1,3)).
【创新探索】
14.已知集合A={x|-1≤x≤a,a>-1且a∈R},B={y|y=2x-1,x∈A},C={z|z=x2,x∈A}.是否存在实数a,使得C⊆B?若存在,求出实数a的取值范围;若不存在,请说明理由.
解:假设存在这样的实数a.
对于集合B,因为y=2x-1,且x∈A,即-1≤x≤a,
所以-3≤y≤2a-1.
对于集合C,因为z=x2,且x∈A,
所以当-1<a≤0时,a2≤z≤1;当0<a≤1时,0≤z≤1;当a>1时,0≤z≤a2.
当-1<a≤0时,要使C⊆B,则2a-1≥1,即a≥1,矛盾.
当0<a≤1时,要使C⊆B,则有2a-1≥1,即a=1.
当a>1时,要使C⊆B,则有a2≤2a-1,即(a-1)2≤0,无解.
综上所述,存在a=1,使得C⊆B.
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