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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
高频考点聚焦
高考真题溯源
章末过关检测卷
知识体系建构
知识体系建构
高频考点聚焦
高考真题溯源
章末过关检测卷
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题型一 集合的基本概念与集合间的基本关系
集合间的基本关系包括包含、真包含、相等.能从实例中抽象并识别出子集、真子集、空集的概念,能根据集合间的关系,会利用数形结合和分类讨论的思想求参数的值或范围.
例1 (1)已知集合A={x∈R|x2-2x=0},B={x∈N|-1<x<4},则满足条件A⊆C⊆B的集合C的个数为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
解析:选D.由x2-2x=0得x=0或x=2,所以A={0,2}.由题意知B={0,1,2,3},所以满足条件的C为{0,2},{0,1,2},{0,2,3},{0,1,2,3}.
(2)已知集合A={x|-3≤x≤4},B={x|1<x<m},且B⊆A,则实数m的取值范围是__________.
解析:若m≤1,则B=∅,满足B⊆A.
若m>1,则1<m≤4.综上可知,m≤4.
答案:{m|m≤4}
类题通法
(1)集合的概念问题应关注:①先要看集合中的代表元素,再看限制条件;②含有字母的集合,要注意检验是否满足互异性.
(2)集合间关系问题的关键:将集合间的关系转化为元素间的关系,进而转化为参数满足的关系,常需要利用数轴、Venn图帮助分析,同时要注意“空集”这一“陷阱”.
【迁移运用】 1.(多选)已知集合A={0,m,m2-3m+2},且{2}⊆A,则实数m的取值不可以为( )
A.2 B.3 C.0 D.-2
解析:选ACD.因为集合A={0,m,m2-3m+2},且2∈A,则m=2或m2-3m+2=2,解得m=0或2或3.
当m=0时,集合A中的元素不满足互异性;
当m=2时,m2-3m+2=0,集合A中的元素不满足互异性;
当m=3时,A={0,3,2},满足题意.
综上所述,m=3.
题型二 集合的基本运算
集合的运算主要包括交集、并集和补集运算.这也是高考对集合部分的主要考查点.对于较抽象的集合问题,解题时需借助Venn图或数轴等进行数形分析,使问题直观化、形象化,进而能使问题简捷、准确地获解.
例2 (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
解析:选A.(方法一)因为M={x|x<1},N={x|-1<x<2},所以M∪N={x|x<2},所以∁U(M∪N)= {x|x≥2}.
(方法二)因为∁UM={x|x≥1},∁UN= {x|x≤-1,或x≥2},所以{x|x≥2}=∁UM∩∁UN=∁U(M∪N).
类题通法
(1)定义法或Venn 图法:集合是用列举法给出的,运算时可直接借助定义求解,或把元素在Venn 图中表示出来,借助Venn 图观察求解.
(2)数轴法:集合是用不等式(组)给出的,运算时可先将不等式在数轴中表示出来,然后借助数轴求解.
【迁移运用】 2.(2023·全国甲卷)设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:选A.集合A∪B表示被3除余1或2的整数集,则它在整数集中的补集是恰好被3整除的整数集.
题型三 充分条件与必要条件
若p⇒q,且qp,则p是q的充分不必要条件,同时q是p的必要不充分条件;
若p⇔q,则p是q的充要条件,同时q是p的充要条件.
例3 设命题p:实数x满足a<x<3a,其中a>0,命题q:实数x满足2<x≤3.若p是q的充分不必要条件,求实数a的取值范围.
解:p是q的充分不必要条件,即p⇒q且q p.设集合A={x|x≤a,或x≥3a},集合B={x|x≤2,或x>3},则AB,所以0<a≤2且3a>3,即1<a≤2.所以实数a的取值范围是{a|1<a≤2}.
类题通法
充分条件与必要条件的判断方法
(1)定义法
(2)集合法:写出集合A={x|p(x)}及B={x|q(x)},利用集合之间的包含关系加以判断.用集合法判断时,要尽可能用图示、数轴等几何方法,图形形象、直观,能简化解题过程,降低思维难度.
【迁移运用】 3.若p:x2+x-6=0是q:ax-1=0(a≠0)的必要不充分条件,则实数a的值为( )
A.- eq \f(1,2) B.- eq \f(1,2)或 eq \f(1,3) C.- eq \f(1,3) D. eq \f(1,2)或- eq \f(1,3)
解析:选D.p:x2+x-6=0,即p:x=2或x=-3.因为a≠0,所以q:x= eq \f(1,a).又p是q的必要不充分条件,所以 eq \f(1,a)=2或 eq \f(1,a)=-3,解得a= eq \f(1,2)或a=- eq \f(1,3).
题型四 全称量词与存在量词
全称量词命题的否定一定是存在量词命题,存在量词命题的否定一定是全称量词命题.对含有一个量词的全称量词命题和存在量词命题进行否定时,首先改变量词,把全称量词改为存在量词,把存在量词改为全称量词,然后对结论进行否定.
例4 (多选)下列命题的否定为真命题的是( )
A.∃x∈R,x2+2x+2≤0
B.任意一个四边形的四顶点共圆
C.所有能被3整除的整数都是奇数
D.∀x∈R,x2≥0
解析:选ABC.A中命题的否定是∀x∈R,x2+2x+2>0,是真命题;B中命题的否定是存在一个四边形的四顶点不共圆,是真命题;C中命题的否定是存在能被3整除的整数是偶数,是真命题;D中命题的否定是∃x∈R,x2<0,是假命题.
类题通法
(1)对全称量词命题和存在量词命题进行否定,一要改变量词,二要否定结论.
(2)根据全称量词命题和存在量词命题的真假求参数的取值范围,一般把问题转化为函数、不等式或集合问题解.
【迁移运用】 4.若命题“∃x<2 024,x>a”是假命题,则实数a的取值范围是________.
解析:因为命题“∃x<2 024,x>a”是假命题,则其否定“∀x<2 024,x≤a”为真命题,所以a≥2 024.
答案:a≥2 024
1. (2024·全国甲卷)集合A={1,2,3,4,5,9},B={x| eq \r(x)∈A},则∁A(A∩B)=( )
A.{1,4,9} B.{3,4,9} C.{1,2,3} D.{2,3,5}
人教A版必修第一册P14习题1.3T4.
集合间的关系及集合的交集、并集与补集运算是高考考查的重点和考查热点,多以选择题形式出现,属于容易题,多与不等式、定义域、值域等知识结合,重在考查数学运算能力.
本题可以借助数轴进行运算,要注意端点值的取舍.
选D.因为A={1,2,3,4,5,9},B={x| eq \r(x)∈A},所以B={1,4,9,16,25,81},则A∩B={1,4,9},∁A(A∩B)={2,3,5}.
2.(2024·新课标Ⅱ卷)已知命题p:∀x∈R,|x+1|>1;命题q:∃x>0,x3=x,则( )
A.p和q都是真命题
B.p和q都是真命题
C.p和q都是真命题
D.p和q都是真命题
人教A版必修第一册P35复习参考题1T7.
含有一个量词的命题的否定和命题真假性的判断是高考常考内容,属于容易题,体现基础性,与各种数学命题均可关联.
教材习题是写含有一个量词的命题的否定并判断它们的真假,真题在此基础上进行了改编.
选B.解法一:由绝对值的非负性知,∀x∈R,|x+1|≥0,∴p为假命题.
q:∵x3=x,∴x3-x=0,即x(x2-1)=0,
∴x=0 或x=±1,即∃x=1,使得命题q成立,∴q为真命题.
综上,p和q都是真命题,故选B.
解法二(特殊值法):
p:当x=0时,|x+1|=1,不满足|x+1|>1,故命题p为假命题.
q:当x=1时,13=1,故命题q为真命题.
∴p和q都是真命题,故选B.
一、单项选择题(本题共8小题,每小题5分,共40分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.设集合A={x∈N|-1≤x≤2},B={-2,-1,0,1},则A∩B=( )
A.{-2,-1,0,1,2} B.{-1,0,1}
C.{0,1} D.{1}
解析:选C. 因为 A={x∈N|-1≤x≤2}={0,1,2},又B={-2,-1,0,1},所以A∩B={0,1}.
2.命题“对任意x∈R,都有x2>0”的否定是( )
A.对任意x∈R,都有x2≤0
B.不存在x∈R,使得x2≤0
C.存在x∈R,使得x2≥0
D.存在x∈R,使得x2≤0
答案:D
3.已知集合A= eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(x=2k+1)),k∈N)),B= eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(-1≤x≤3)))),则A∩B=( )
A. eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(-1,3)) B. eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(1,3))
C. eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(1,2,3)) D. eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(-1,1,3))
解析:选B.根据题意,集合A为正奇数集,B= eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(-1≤x≤3)))),则A∩B= eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(1,3)).
4.若集合A={(x,y)|y=3x-2},B={(x,y)|y=x+4},则A∩B=( )
A.{3,7} B.{(3,7)}
C.(3,7) D.{x=3,y=7}
解析:选B.联立集合A与集合B中方程得 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(y=3x-2,,y=x+4,))消去y得3x-2=x+4,解得x=3.把x=3代入方程 y=3x-2,得y=9-2=7,所以方程组的解为 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x=3,,y=7,))因为A={(x,y)|y=3x-2},B={(x,y)|y=x+4},所以A∩B={(3,7)}.
5.(学科融合)春秋时期孔子及其弟子所著的《论语·颜渊》中的“非礼勿视,非礼勿听,非礼勿言,非礼勿动.”意思是:不符合礼的不看,不符合礼的不听,不符合礼的不说,不符合礼的不做.“非礼勿听,可以理解为:如果不合礼,那么就不听,从数学角度来说,“合礼”是“听”的( )
A.充分条件
B.必要条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
答案:B
6.集合{y∈N|y=-x2+6,x∈N}的真子集的个数是( )
A.9 B.8 C.7 D.6
解析:选C.当x=0时,y=6;当x=1时,y=5;当x=2时, y=2;当x=3时,y=-3.
所以{y∈N|y=-x2+6,x∈N}={2,5,6},共3个元素,其真子集的个数为 23-1=7.
7.已知集合A={x|ax2-3x+2=0}的子集只有两个,则实数a的值为( )
A. eq \f(9,8) B.0 C. eq \f(9,8)或0 D.无解
解析:选C.由集合A的子集只有两个,知集合A中只有一个元素.
当a=0时,A={x|ax2-3x+2=0}={x|-3x+2=0}={ eq \f(2,3)},符合题意;
当a≠0时,方程ax2-3x+2=0只有一个解,则Δ=9-8a=0,解得a= eq \f(9,8).
综上,a=0或a= eq \f(9,8).
8.对于实数x,y,p:x+y≠8,q:x≠2或y≠6,那么p是q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
解析:选A.设U={(x,y)|x∈R,y∈R}.
命题p:x+y≠8,对应集合为A={(x,y)|x+y≠8},
命题q:x≠2或y≠6,对应集合为B={(x,y)|x≠2或y≠6},
命题p的否定:x+y=8,对应集合为∁UA={(x,y)|x+y=8},
命题q的否定:x=2且y=6,对应集合为∁UB={(x,y)|x=2,且y=6}={(2,6)},
显然∁UB∁UA,所以AB,即p是q的充分不必要条件.
二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分.在每小题给出的选项中,有多项符合题目要求.全部选对的得6分,部分选对的得部分分,有选错的得0分)
9.已知A⊆B,A⊆C,B={2,0,1,8},C={1,9,3,8},则 A 可以是( )
A.{1,8} B.{2,3} C.{1} D.{2}
解析:选AC.因为A⊆B,A⊆C,所以A⊆(B∩C).因为B={2,0,1,8},C={1,9,3,8},所以B∩C={1,8},所以A⊆{1,8}.
10.下列命题正确的是( )
A.命题“∃x∈R,x2+x+1≥0”的否定是“∀x∈R,x2+x+1<0”
B.a+b=0的充要条件是 eq \f(b,a)=-1
C.∀x∈R,x2>0
D.“a>1,b>1”是“ab>1”的充分条件
解析:选AD.因为“∃x∈R,x2+x+1≥0”的否定是“∀x∈R,x2+x+1<0”,所以A正确;
当a=b=0时,满足a+b=0,但 eq \f(b,a)=-1不成立,所以B错误;
当x=0时,x2=0,所以C错误;
当a>1,b>1时,则ab>1,所以充分性成立,所以D正确.
11.(新定义)若集合A具有性质:①0∈A,1∈A;②若x,y∈A,则x-y∈A,且x≠0时, eq \f(1,x)∈A,则称集合 A是“完美集”.下列说法正确的有( )
A.集合B={-1,0,1}是“完美集”
B.有理数集Q是“完美集”
C.设集合A是“完美集”,若x,y∈A,则x+y∈A
D.设集合A是“完美集”,若x,y∈A,则xy∈A
解析:选BCD.选项A中,因为1∈B,-1∈B,1-(-1)=2∉B,不满足性质②,所以A说法不正确;
选项B中,0∈Q,1∈Q,若x,y∈Q,则x-y∈Q,且x≠0时, eq \f(1,x)∈Q,所以有理数集Q是“完美集”,所以B说法正确;
选项C中,因为0∈A,x,y∈A,所以0-y=-y∈A,所以x+y=x-(-y)∈A,所以C说法正确;
选项D中,任取x,y∈A,当x,y中有0或1时,xy∈A;当x,y中均不含0和1时,由性质②可知 eq \f(1,x), eq \f(1,x-1)∈A,所以 eq \f(1,x-1)- eq \f(1,x)= eq \f(1,x(x-1))∈A,所以x(x-1)∈A.即x(x-1)=x2-x∈A,即x2∈A,同理,y2∈A,由选项C知x+y∈A,则(x+y)2∈A,因为2xy=(x+y)2-(x2+y2),所以2xy∈A,所以 eq \f(1,2xy)∈A,所以 eq \f(1,2xy)+ eq \f(1,2xy)= eq \f(1,xy)∈A,所以xy∈A,所以D说法正确.
三、填空题(本题共3小题,每小题5分,共15分)
12.某班50名学生做物理、化学两种实验,已知物理实验做得正确的有 40 人,化学实验做得正确的有31人,两种实验都做错的有4人,则这两种实验都做对的有________人.
解析:根据题意,可设全集U表示全班学生,A={做对物理实验的学生},B={做对化学实验的学生},并将两种实验都做对的学生记为x人,如图所示.
所以(40-x)+x+(31-x)+4=50,解得x=25.
故两种实验都做对的学生为 25人.
答案:25
13.若命题“∀x∈{x|1≤x≤2},使x-a≥0”是真命题,则实数a的取值范围是________.
解析:由题意知,当1≤x≤2时,a≤x恒成立,所以a≤1.
答案:{a|a≤1}
14.已知非空数集I,P满足:
(ⅰ)∀x∈I,有x∈P;
(ⅱ)∀x,y∈I,有x+y∈I;
(ⅲ)∀x∈I且∀y∈P,有xy∈I,
则称I是P的“理想子集”.给出下列四个结论:
①若I= eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(2k\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(k∈Z)))),则I是Z的“理想子集”;
②若I是R的“理想子集”,且存在非零实数a∈I,则I=R;
③若I1,I2是P的“理想子集”,则I1∪I2也是P的“理想子集”;
④若I1,I2是P的“理想子集”,则I1∩I2也是P的“理想子集”.
其中正确结论的序号是________.
解析:①集合I= eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(2k\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(k∈Z))))表示所有偶数构成的集合,所有的偶数都是整数,任意两个偶数的和仍是偶数,任意偶数和整数的积仍是偶数,满足(ⅰ)(ⅱ)(ⅲ),故I是Z的“理想子集”,①说法正确;
②若I是R的“理想子集”,且存在非零实数a∈I,则由“理想子集”的概念可知对任意的x∈R有ax∈I,所以I=R,②说法正确;
③若I1,I2是P的“理想子集”,则∀x,y∈I1,有x+y∈I1,∀x,y∈I2,有x+y∈I2,
但对于x∈I1,y∈I2,不一定有x+y∈I1∪I2,例如I1= eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(2k\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(k∈Z)))),I2= eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(3k\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(k∈Z)))),P=Z,此时2∈I1,3∈I2,2+3∉I1∪I2,③说法错误;
④若I1,I2是P的“理想子集”,对于I1∩I2显然∀x∈I1∩I2,有x∈P,满足(ⅰ),令a,b∈I1∩I2,c∈P,则a,b∈I1,又I1是P的“理想子集”,所以a+b∈I1,ac∈I1,
同理由I2是P的“理想子集”可得a+b∈I2,ac∈I2,所以a+b∈I1∩I2,ac∈I1∩I2满足(ⅱ)(ⅲ),所以若I1,I2是P的“理想子集”,则I1∩I2也是P的“理想子集”,④说法正确.
答案:①②④
四、解答题(本题共5小题,共77分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤)
15.(13分)已知全集U={0,1,2,3,4,5,6},集合A={x∈N|1<x≤4},B={x∈R|x2-3x+2=0}.
(1)用列举法表示集合A与B;
(2)求A∩B及∁U(A∪B).
解:(1)由题知,A={2,3,4},B={x∈R|(x-1)(x-2)=0}={1,2}.
(2)由题知,A∩B={2},A∪B={1,2,3,4},所以∁U(A∪B)={0,5,6}.
16.(15分)用符号“∀”与“∃”表示下面含有量词的命题,并判断真假,说明理由.
(1)对所有的实数a,b,关于x的方程ax+b=0有唯一解或无解;
(2)存在实数x,使得 eq \f(1,|x+1|+1)=2.
解:(1)∀a∈R,b∈R,方程ax+b=0有唯一解或无解,该命题为假命题.
理由:当a=0,b=0时,ax+b=0有无数个解.
(2)∃x∈R, eq \f(1,|x+1|+1)=2,该命题为假命题.
理由:因为|x+1|+1≥1,所以 eq \f(1,|x+1|+1)≤1,所以不存在x∈R,使得 eq \f(1,|x+1|+1)=2.
17.(15分)已知命题α:1≤x≤2,命题β:1≤x≤a.
(1)若α是β的必要不充分条件,求实数a的取值范围;
(2)求证:“a≥2”是“α⇒β成立”的充要条件.
解:(1)设A={x|1≤x≤2},B={x|1≤x≤a},若α是β的必要不充分条件,则B是A的真子集.
当B=∅时,a<1,此时满足B是A的真子集,符合题意;
当B≠∅时,若B是A的真子集,
则 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a≥1,,a<2,))即 1≤a<2.
所以实数a的取值范围为{a|a<2}.
(2)证明:充分性(若a≥2,则α⇒β).
若a≥2,则{x|1≤x≤2}⊆{x|1≤x≤a},所以命题α:1≤x≤2可以推出命题β:1≤x≤a,故充分性成立;
必要性(若α⇒β,则a≥2).
若命题α:1≤x≤2可以推出命题β:1≤x≤a,则{x|1≤x≤2}⊆{x|1≤x≤a},所以a≥2,故必要性成立.
综上所述,“a≥2”是“α⇒β成立”的充要条件.
18.(17分)设全集为R,A={x|a-1<x<2a},B={x|2<x≤5}.
(1)若a=4,求A∩B,∁R(A∩B);
(2)请在①A∩B=∅,②A∪B=B,③A∩B=B这三个条件中,任选其中一个作为条件,并求在该条件下实数a的取值范围.(若选择多个,只对第一个选择给分)
解:(1)当a=4时,A={x|3<x<8},而B={x|2<x≤5},
所以A∩B={x|3<x≤5},∁R(A∩B)={x|x≤3,或x>5}.
(2)若选①,因为A={x|a-1<x<2a},B={x|2<x≤5}.
当A∩B=∅时,
若A=∅,则a-1≥2a,即a≤-1,此时满足A∩B=∅;
若A≠∅,要满足A∩B=∅,即需满足
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a-1<2a,,2a≤2))或 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a-1<2a,,a-1≥5,))
解得-1<a≤1或a≥6.
综上所述,实数a的取值范围为{a|a≤1,或a≥6}.
若选②,因为A={x|a-1<x<2a},B={x|2<x≤5}.
当A∪B=B时,
Ⅰ.当A=∅时,a-1≥2a,即a≤-1,此时满足A∪B=B;
Ⅱ.当A≠∅时,满足A∪B=B,即需满足 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a-1<2a,,a-1≥2,,2a≤5,))解得A=∅,矛盾,
综上所述,实数a的取值范围为{a|a≤-1}.
若选③,因为A={x|a-1<x<2a},B={x|2<x≤5}.
当A∩B=B时,需满足 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a-1<2a,,a-1≤2,,2a>5,))解得 eq \f(5,2)<a≤3.
综上所述,实数a的取值范围为{a| eq \f(5,2)<a≤3}.
19.(17分)(新定义)已知 A是非空数集,如果对任意x,y∈A,都有x+y∈A,xy∈A,则称A是封闭集.
(1)判断集合 B={0},C={-1,0,1}是否为封闭集,并说明理由.
(2)判断以下两个命题的真假,并说明理由.
命题p:若非空集合A1,A2是封闭集,则A1∪A2也是封闭集.
命题q:若非空集合A1,A2是封闭集,且A1∩A2≠∅,则 A1∩A2也是封闭集.
解:(1)对于集合B={0},因为0+0=0∈B,0×0=0∈B,所以B={0}是封闭集;
对于集合C={-1,0,1},因为-1+(-1)=-2∉C,所以集合C={-1,0,1}不是封闭集.
(2)对命题p,令A1={x|x=2k,k∈Z},A2={x|x=3k,k∈Z},则集合A1,A2是封闭集,
因为2∈A1,3∈A2,所以2,3∈A1∪A2,但2+3=5∉A1∪A2,即A1∪A2不是封闭集,故p为假命题;
对于命题q,设a,b∈A1∩A2,则有a,b∈A1,又集合A1是封闭集,所以a+b∈A1,ab∈A1,
同理可得 a+b∈A2,ab∈A2,
所以a+b∈A1∩A2,ab∈A1∩A2,
所以A1∩A2是封闭集,故q为真命题.
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