内容正文:
1.1 集合的概念与表示
[课程标准] 1.通过实例,了解集合的含义. 2.理解元素与集合的“属于”关系.
3.针对具体问题,能够在自然语言和图形语言的基础上,用符号语言刻画集合.
第一课时 集合的概念
► 对应学生用书P1
一、元素与集合的概念
1.概念:一般地,一定范围内某些确定的、不同的对象的全体组成一个集合.集合中的每一个对象称为该集合的元素,简称元.
2.集合中元素的特征:确定性、互异性、无序性.
3.元素与集合的表示:
(1)元素的表示:通常用小写拉丁字母a,b,c,…表示集合中的元素.
(2)集合的表示:通常用大写拉丁字母A,B,C,…表示集合.
想一想:给出以下的对象:
①平面直角坐标系内y轴附近的点;
②26个英文字母;
③新华书店中有意义的小说;
④π的近似值.
其中能组成集合的有几个?
提示:①③④中的对象不具有确定性,故不能构成集合;②中的26个英文字母能构成集合.
二、元素与集合的关系
1.属于(符号:∈),a是集合A中的元素,记作a∈A,读作“a属于A”.
2.不属于(符号:∉或),a不是集合A中的元素,记作a∉A或aA,读作“a不属于A”.
微点拨:(1)元素和集合是两个完全不同的概念,元素是集合中的某一对象,而集合是由所有的元素组成的.
(2)“a∈A”还是“a∉A”取决于元素a是否是集合A中的元素,这两种情况中必有且只有一种成立.
(3)“∈”“∉”表达的是元素和集合之间的关系,具有方向性,左边是元素,右边是集合.即开口方向向着集合.
三、常用的数集及其记法
常用
数集
非负整数集
(自然数集)
正整
数集
整数
集
有理
数集
实数
集
记法
N
N*或N+
Z
Q
R
【基点小试】
1.(多选)下列关系中,正确的是( )
A.-∉Z B.π∉R
C.∈Q D.0∈N
解析:选AD.因为Z是整数集,故-∉Z,所以A正确;
因为R是实数集,故π∈R,所以B错误;
因为Q是有理数集,故=∉Q,所以C错误;
因为N是自然数集,故0∈N,所以D正确.
2.以下各组对象不能构成集合的是______(填序号).
①中国古代四大发明;
②地球上的小河流;
③方程x2-1=0的实数解;
④周长为10 cm的三角形;
⑤接近于0的数.
解析:①中国古代四大发明是造纸术,指南针,火药和印刷术,是确定的,能构成集合;
②地球上的小河流,不确定,不能构成集合;
③方程x2-1=0的实数解是1或-1,是确定的,能构成集合;
④周长为10cm的三角形,是确定的,能构成集合;
⑤接近于0的数,不确定,不能构成集合.
答案:②⑤
3.已知集合A中含有两个元素a-3和2a-1,若-3∈A,则实数a的值为__________.
解析:∵-3∈A,∴-3=a-3或-3=2a-1.
若-3=a-3,则a=0.此时集合A中含有两个元素-3,-1,符合题意;
若-3=2a-1,则a=-1,此时集合A中含有两个元素-4,-3,符合题意.
综上所述,实数a的值为0或-1.
答案:0或-1
4.(苏教版必修一P8T4改编)若x∈N,且∈N,则x=______.
解析:因为x∈N,且∈N,则x=1.
答案:1
题型一 集合的基本概念
例1.给出下列各组对象:
①联合国常任理事国;
②充分接近的全体实数;
③方程x2+x-1=0的实数根;
④全国著名的高等院校.
以上能构成集合的是( )
A.①③ B.①②
C.①②③ D.①②③④
解析:选A.①联合国的常任理事国有:中国、法国、美国、俄罗斯、英国.所以可以构成集合;
②中的元素是不确定的,不满足集合确定性的条件,不能构成集合;
③方程x2+x-1=0的实数根是确定的,所以能构成集合;
④全国著名的高等院校.不满足集合确定性的条件,不构成集合.
[总结] 利用集合中元素的特性判断对象能否组成集合
判断一组对象能否组成集合,关键看该组对象是否满足确定性,如果此组对象满足确定性,就可以组成集合;否则,不能组成集合.同时还要注意集合中元素的互异性、无序性.
【练一练】
1.给出下列说法:
①中国的所有直辖市可以组成一个集合;
②高一(1)班较胖的同学可以组成一个集合;
③正偶数的全体可以组成一个集合;
④大于2 020且小于2 025的所有整数不能组成集合.
其中正确的有________.(填序号)
解析:②中由于“较胖”的标准不明确,不满足集合元素的确定性,所以②错误;④中满足条件的所有整数能组成集合,所以④错误.
答案:①③
题型二 元素与集合的关系
角度1 判断元素与集合的关系
例2.已知集合A中的元素x是被3除余2的整数,则有:17______A;-5______A.
解析:由题意可设x=3k+2,k∈Z,
令3k+2=17得,k=5∈Z.所以17∈A.
令3k+2=-5得,k=-∉Z.所以-5∉A.
答案:∈ ∉
[总结] 判断元素与集合关系的2种方法
(1)直接法:如果集合中的元素是直接给出的,只要判断该元素在已知集合中是否出现即可.
(2)推理法:对于一些没有直接表示的集合,只要判断该元素是否满足集合中元素所具有的特征即可,此时应首先明确已知集合中的元素具有什么特征.
角度2 已知元素与集合的关系求参数
例3.设A是方程x2-ax-5=0的解组成的集合.
(1)0是否是集合A中的元素?
(2)若-5∈A,求实数a的值;
(3)若1∉A,求实数a的取值范围.
解:(1)将x=0代入方程,02-a×0-5=-5≠0,所以0不是集合A中的元素;
(2)若-5∈A,则有(-5)2-(-5)a-5=0,解得a=-4.
(3)若1∉A,则12-a×1-5≠0,解得a≠-4.
[总结] 已知元素与集合的关系求参数的思路
当a∈A时,则a一定等于集合A中的某个元素.反之,当a∉A时,结论恰恰相反.
利用上述结论建立方程(组)或不等式(组)求解参数即可,注意要根据集合中元素的互异性对求得的参数进行检验.
【练一练】
2.(苏教版必修一P8T2改编)已知集合M中的元素x满足3-2x<0,则下列结论正确的是( )
A.0∈M,2∈M B.0∉M,2∈M
C.0∈M,2∉M D.0∉M,2∉M
解析:选B.由3-2x<0,得x>,所以0∉M,2∈M.
3.集合A中的元素x满足∈N,x∈N,则集合A中的元素为________.
解析:∵x∈N,∈N,
∴0≤x≤2且x∈N.
当x=0时,==2∈N;
当x=1时,==3∈N;
当x=2时,==6∈N.
∴A中元素有0,1,2.
答案: 0,1,2
题型三 集合中元素的特征及应用
例4.已知集合A含有两个元素a和a2,若1∈A,则实数a的值为________.
解析:若1∈A,则a=1或a2=1,即a=±1.
当a=1时,集合A有重复元素,不符合元素的互异性,∴a≠1;
当a=-1时,集合A含有两个元素1,-1,符合元素的互异性.∴a=-1.
答案:-1
【母题探究】 (1)(变条件)本例若将条件“1∈A”改为“2∈A”,其他条件不变,求实数a的值.
解:因为2∈A,所以a=2或a2=2,即a=2,或a=,或a=-.
(2)(变条件)本例若去掉条件“1∈A”,其他条件不变,则实数a的取值范围是什么?
解:因为A中有两个元素a和a2,所以a≠a2,解得a≠0且a≠1.
(3)(变条件)已知集合A含有两个元素1和a2,若“a∈A”,求实数a的值.
解:由a∈A可知,
当a=1时,此时a2=1,与集合元素的互异性矛盾,所以a≠1.
当a=a2时,a=0或a=1(舍去).
综上可知,a=0.
[总结] 根据集合中元素的特性求解字母取值(范围)的3个步骤
【练一练】
4.已知集合A由元素a-3,2a-1,a2-4构成,且-3∈A,求实数a的值.
解:因为-3∈A,所以a-3=-3或2a-1=-3或a2-4=-3.
若a-3=-3,则a=0,此时集合A中的元素分别为-3,-1,-4,符合题意.
若2a-1=-3,则a=-1,此时集合A中的元素分别为-4,-3,-3,不满足集合中元素的互异性,舍去.
若a2-4=-3,则a=1或a=-1(舍去).当a=1时,集合A中的元素分别为-2,1,-3,符合题意.
综上所述,实数a的值为0或1.
[课后分层练(一)] 集合的概念
(单选题、填空题每题5分,多选题每题6分,解答题每题15分)
【基础巩固题组】
1.若集合M中的元素a,b,c是△ABC的三边长,则△ABC一定不是( )
A.锐角三角形 B.直角三角形
C.钝角三角形 D.等腰三角形
解析:选D.由题可知,集合M中的元素是△ABC的三边长,则a≠b≠c,所以△ABC一定不是等腰三角形.
2.下列说法正确的是( )
A.某班中年龄较小的同学能够组成一个集合
B.由1,2,3和 ,1,分别组成的两个集合不相等
C.不超过20的非负数能组成一个集合
D.方程(x-1)(x+1)2=0的所有解组成的集合中有3个元素
解析:选C. A项中元素不确定.B项中两个集合元素相同,因为集合中的元素具有无序性,所以两个集合相等.D项中方程的解分别是x1=1,x2=x3=-1.由互异性知,构成的集合含2个元素.
3.已知集合A={ x| x=2k, k∈Z },则( )
A.-1∈A B.1∈A
C.-∈A D.2∈A
解析:选D.由集合A={ x| x=2k, k∈Z },即集合A是所有的偶数构成的集合.
所以-1∉A,1∉A,-∉A,2∈A.
4.下列元素与集合的关系中,正确的是( )
A.-1∈N B.0∉N*
C.∈Q D.∉R
解析:选B.因为-1是整数,不是自然数,所以A不正确;
因为0不是正整数,所以B正确;
因为是无理数,不是有理数,所以C不正确;
因为是实数,所以D不正确.
5.若方程x2+px+q=0的解集与由1,3构成的集合相等,则p+q的值为( )
A.-3 B.3
C.-1 D.7
解析:选C.因为方程x2+px+q=0的解集与由1,3构成的集合相等,
所以解得所以p+q=-1.
6.(多选)下列说法正确的是( )
A.N*中最小的数是1
B.若-a∉N*,则a∈N*
C.若a∈N*,b∈N*,则a+b最小值是2
D.x2+4=4x的实数解组成的集合中含有2个元素
解析:选AC.因为N*表示正整数集,容易判断A,C正确;
对B,若a=,则满足-a∉N*,但a∉N*,B错误;
对D,x2+4=4x的解集为{2},D错误.
7.(多选)已知x,y,z为非零实数,代数式+++的值所组成的集合是M,则下列判断正确的是( )
A.0∉M B.2∈M
C.-4∈M D.4∈M
解析:选CD.当x,y,z均为负数时,+++=-4;
当x,y,z两负一正时,+++=0;
当x,y,z两正一负时,+++=0;
当x,y,z均为正数时,+++=4;
∴M={-4,0,4},A、B错误,C、D正确.
8.设A是由满足不等式x<6的自然数组成的集合,若a∈A且3a∈A,则a的值为_______.
解析:∵a∈A且3a∈A,∴解得a<2,又a∈N,
∴a=0或1.
答案:0或1
9.设x∈R,集合A中含有三个元素3,x,x2-2x.
(1)求实数x应满足的条件;
(2)若-2∈A,求实数x的值.
解:(1)根据集合中元素的互异性,可知
即x≠0且x≠3且x≠-1;
(2)因为x2-2x=(x-1)2-1≥-1,且-2∈A,所以x=-2.
【能力提升题组】
10.已知实数集R的子集S满足条件:①1∉S;②若a∈S,则∈S.求证:
(1)若2∈S,则S中必有另外两个元素;
(2)集合S中不可能只有一个元素.
解:(1)∵2∈S,∴=-1∈S,同理=∈S,=2∈S,
∴S中还有-1,两个元素.
(2)不妨设S为单元素集,则a=,整理得a2-a+1=0,则a无解.
∴S不可能为单个元素集合.
11.集合A中共有3个元素-4,2a-1,a2,集合B中也共有3个元素9,a-5,1-a,现知9∈A且集合B中再没有其他元素属于A,能否根据上述条件求出实数a的值?若能,则求出a的值,若不能,则说明理由.
解:∵9∈A,∴2a-1=9或a2=9,
若2a-1=9,则a=5,此时A中的元素为-4,9,25;B中的元素为9,0,-4,显然-4∈A且-4∈B,与已知矛盾,故舍去.
若a2=9,则a=±3,当a=3时,A中的元素为-4,5,9;B中的元素为9,-2,-2,B中有两个-2,与集合中元素的互异性矛盾,故舍去.
当a=-3时,A中的元素为-4,-7,9;B中的元素为9,-8,4,符合题意.
综上所述,满足条件的a存在,且a=-3.
第二课时 集合的表示
► 对应学生用书P4
一、列举法
1.定义:将集合的元素一一列举出来,并置于花括号“{}”内
2.一般形式:{a1,a2,…,an,…}
微点拨:使用列举法表示集合的注意事项
(1)元素之间用“,”隔开;
(2)元素不重复,满足元素的互异性;
(3)元素无顺序,满足元素的无序性;
(4)对于含较多元素或无数个元素的集合,如果组成该集合的元素有明显规律,也可用列举法,但是必须把元素间的规律表述清楚后才能用省略号.
二、描述法
1.定义:将集合的所有元素都具有的性质(满足的条件)表示出来
2.一般形式:{x|p(x)}
微点拨:使用描述法表示集合的注意点
写清该集合中元素的代表符号.即代表元素是什么:是数,还是有序实数对(点),还是集合或其他形式. 如集合{x|x≥2}不能写成{x≥2},这里便少了代表元素.又如集合{(x,y)|y=x2}与集合{y|y=x2}表示两个不同的集合,前者为点集,而后者为数集,区别就在于它们的代表元素不同.
三、集合分类
1.集合的分类
有限集
含有有限个元素的集合
无限集
含有无限个元素的集合
空集
不含任何元素的集合,记作∅
2.集合相等
如果两个集合所含的元素完全相同(即A中的元素都是B的元素,B中的元素也都是A的元素),那么称这两个集合相等.
【基点小试】
1.10的所有正因数组成的集合用列举法表示为__________.
解析:∵对于正因数分解,有10=1×10=2×5,
∴其正因数组成的集合为{1,2,5,10}.
答案:{1,2,5,10}
2.用描述法表示下图中的阴影部分可以是__________________.
解析:由阴影部分知0≤x≤2,0≤y≤1,所以阴影部分由点集{(x,y)|0≤x≤2,0≤y≤1}来表示.
答案:{(x,y)|0≤x≤2,0≤y≤1}
3.(苏教版必修一P8习题T5改编)设a,b为实数,已知M={1,2},N={a,b},且M=N,则a+b= .
解析:∵M=N,∴a=1,b=2,即a+b=3.
答案:3
题型一 用列举法表示集合
例1.用列举法表示下列集合:
(1)不大于10的非负偶数组成的集合;
(2)方程x3=x的所有实数解组成的集合;
(3)一次函数y=2x+1的图象与y轴的交点所组成的集合.
解: (1)因为不大于10是指小于或等于10,非负是大于或等于0的意思,所以不大于10的非负偶数集是{0,2,4,6,8,10}.
(2)方程x3=x的解是x=0或x=1或x=-1,所以方程的解组成的集合为{0,1,-1}.
(3)将x=0代入y=2x+1,得y=1,即交点是(0,1),故交点组成的集合是{(0,1)}.
[总结] 用列举法表示集合的3个步骤
(1)确定集合中元素的类型,并求出集合的元素;
(2)把元素一一列举出来,且相同元素只能列举一次;
(3)用花括号将各元素括起来.
注意:用列举法表示集合,要求元素不重复、不遗漏、不计次序,且元素与元素间用“,”隔开.
【练一练】
1.集合{x|(x-2)2(x-3)=0,x∈R}用列举法表示为______.
解析:方程(x-2)2=0的两个解为2或3,故集合M=.
答案:{2,3}
2.用列举法表示下列给定的集合:
(1)大于1且小于6的整数组成的集合A;
(2)方程x2-9=0的实数根组成的集合B;
(3)一次函数y=x+3的图象与x轴的交点组成的集合C.
解:(1)因为大于1且小于6的整数包括2,3,4,5,所以A={2,3,4,5}.
(2)因为方程x2-9=0的实数根为-3,3,所以B={-3,3}.
(3)将y=0代入y=x+3,得x=-3,即交点是(-3,0),故交点组成的集合C={(-3,0)}.
题型二 用描述法表示集合
例2.用描述法表示下列集合:
(1)满足不等式3x+2>2x+1的实数x组成的集合;
(2)平面直角坐标系中,第一象限内的点的集合;
(3)所有正奇数组成的集合.
解:(1)解不等式3x+2>2x+1,可得x>-1,所以满足不等式的实数x组成的集合为{x|x>-1}.
或直接写成{x|3x+2>2x+1}.
(2)因为第一象限内的点的横坐标大于零,纵坐标大于零,所以该集合为{(x,y)|x>0,y>0,且x,y∈R}.
(3)可知正奇数表示为x=2k-1(k∈N+),故集合为.
【母题探究】 (1)(变条件)本例(1)中的“实数”改为“有理数”,其他条件不变,如何表示集合?
解:(或{x∈Q|3x+2>2x+1}).
(2)(变条件)本例(3)中的“正奇数”改为“偶数”,其他条件不变,如何表示集合?
解: .
[总结] 用描述法表示集合的2个步骤
【练一练】
3.试用描述法表示下列集合:
(1)比3的倍数多1的整数;
(2)不等式x-10>0的解集;
(3)一次函数y=2x+1图象上所有点.
解:(1)比3的倍数多1的整数可表示为x=3k+1,用描述法表示这样的整数构成的集合为;
(2)由x-10>0解得x>10, 不等式x-10>0的解集为;
(3)设一次函数y=2x+1图象上的点的坐标为,则一次函数y=2x+1图象上的所有的点的集合为.
题型三 集合与方程的综合问题
例3.已知集合A={x|ax2+2x+1=0,a∈R}.
(1)若A中有且只有一个元素,求a的取值集合;
(2)若A中至多有一个元素,求a的取值范围.
解:(1)由题意知,A中有且只有一个元素,即对应方程ax2+2x+1=0有且只有一根或有两个相等的实根.
当a=0时,对应方程为一次方程,此时A=,符合题意;
当a≠0时,对应方程ax2+2x+1=0有两个相等实根,
即Δ=4-4a=0,a=1,符合题意.
综上所述,a的取值集合为{0,1}.
(2)由题意知,A中至多有一个元素,即对应方程ax2+2x+1=0无根或只有一根.
由(1)知,当a=0或1时,A中有且只有一个元素,符合题意;
当Δ=4-4a<0,即a>1时,对应方程ax2+2x+1=0无实根,即A中无元素,符合题意.
综上所述,a的取值范围为{a|a=0或a≥1}.
[总结] 1.集合与方程综合问题的解题策略
对于一些已知某个集合(此集合中涉及方程)中的元素个数,求参数的问题,常把集合的问题转化为方程的解的问题.
2.集合与方程的综合问题的解题步骤
(1)弄清方程与集合的关系,往往是用集合表示方程的解集,集合中的元素就是方程的实数根.
(2)当方程中含有参数时,往往要根据方程实数根的情况来确定参数的值或取值范围,有时还要分类讨论.
(3)求出参数的值或取值范围后,还要检验是否满足集合中元素的互异性.
【练一练】
4.设∈{x},则集合{x}中所有元素之积为______.
解析:因为∈,所以-a-=0,解得a=-,
当a=-时,方程x2-x+=0的判别式Δ=-4×=>0,
所以集合的所有元素的积为方程的两根之积,等于.
答案:
[课后分层练(二)] 集合的表示
(单选题、填空题每题5分,多选题每题6分,解答题每题15分)
【基础巩固题组】
1.集合A=,则集合A的元素个数为( )
A.4 B.5
C.6 D.7
解析:选C.因为∈N*,所以5-n为12的正约数,故A=,
故集合A的元素有6个.
2.由大于-3且小于11的偶数所组成的集合是( )
A.
B.
C.
D.
解析:选D.由题意可知,由大于-3且小于11的偶数所组成的集合是{-3<x<11,x=2k,k∈Z}.
3.用列举法表示集合为( )
A.{1,1} B.{1}
C.{x=1} D.
解析:选B.方程x2-2x+1=0的解是x=1,所以集合=.
4.(多选)集合用描述法可表示为( )
A.是不大于9的非负奇数}
B.,且
C.
D.
解析:选AB.对A,是不大于9的非负奇数}表示的集合是,故A正确;
对B,,且表示的集合是,故B正确;
对C,表示的集合是,故C错误;
对D,表示的集合是,故D错误.
故选AB.
5.表示方程x2+x-6=0的根的集合,用描述法可表示为___________,用列举法可以表示为___________.
解析:因为方程x2+x-6=0,所以用描述法可表示为;
由x2+x-6=0,解得x=-3或2,所以用列举法可以表示为.
答案:
6.用描述法表示下列集合.
(1)小于5的正有理数组成的集合:______;
(2)平面直角坐标系中第一、三象限角平分线上的所有点组成的集合:______;
(3)偶数集:______;
(4)抛物线y=x2-3x+2上的所有点组成的集合:______.
解析:(1)由描述可得:集合为
.
(2)第一、三象限角平分线上的所有点都在y=x上,故集合为.
(3)由偶数可表示为x=2n,n∈Z,故集合为.
(4)由描述知:集合为{(x,y)|y=x2-3x+2}.
答案:(1) (2)
(3) (4)
7.设a,b∈R,集合=,则a=______,b-a=___________.
解析:由=可得,因为中,a≠0,
所以a+b=0,=-1,b=1,a=-1,所以b-a=2.
答案:-1 2
8.根据要求写出下列集合.
(1)用列举法表示集合{(x,y)|2x+3y=12,x,y∈N};
(2)用描述法表示集合{0,1,4,9,16,25,36,49};
(3)用适当的方法表示平面直角坐标系中第三象限内的点组成的集合.
解:(1)x,y∈N,当x=0时y=4,当x=3,y=2,当x=6,y=0,其他情况不满足两个变量x,y为自然数这一条件,{(x,y)|2x+3y=12,x,y∈N}={(0,4),(3,2),(6,0)}.
(2)通过观察,这些数字分别可以写成02,12,22,32,42,52,62,72,
故可以得到{0,1,4,9,16,25,36,49}=.
(3)平面直角坐标系中第三象限内的点,满足的条件是,这些点的横坐标和纵坐标均为小于0的数,故可以表示为{(x,y)|x<0,y<0}.
【能力提升题组】
9.对于任意两个正整数m,n,定义运算“※”:当m,n都为偶数或奇数时,m※n=m+n;当m,n中一个为偶数,另一个为奇数时,m※n=mn.在此定义下,集合M={(a,b)|a※b=16}中的元素个数是( )
A.18 B.17
C.16 D.15
解析:选B.因为1+15=16,2+14=16,3+13=16,4+12=16,5+11=16,6+10=16,7+9=16,8+8=16,9+7=16,10+6=16,11+5=16,12+4=16,13+3=16,14+2=16,15+1=16,1×16=16,16×1=16,且集合M中的元素是有序数对(a,b),所以集合M中的元素共有17个,故选B.
10.若a、b、x∈R且a、b≠0,集合B=,则用列举法可表示为______.
解析:当a<0,b<0时,x=+=-1-1=-2;
当a<0,b>0时,x=+=-1+1=0;
当a>0,b<0时,x=+=1-1=0;
当a>0,b>0时,x=+=1+1=2.
所以用列举法可表示为.
答案:{-2,0,2}
11.已知集合A={x∈R|ax2-3x+1=0,a∈R}.
(1)若集合A中仅有一个元素,求实数a的值;
(2)若集合A中有两个元素,求实数a的取值范围;
(3)若集合A中至多有一个元素,求实数a的取值范围.
解:(1)当a=0时,x=,符合题意;
当a≠0时,Δ=(-3)2-4a=0,∴a=.
综上,集合A中仅含有一个元素时,a=0或a=.
(2)集合A中含有两个元素,即关于x的方程ax2-3x+1=0有两个不相等的实数解,
所以a≠0,且Δ=(-3)2-4a>0,解得a<且a≠0,
所以实数a的取值范围为{a|a<且a≠0}.
(3)当a=0时,x=,符合题意;
当a≠0时,Δ=(-3)2-4a≤0,即a≥.
所以实数a的取值范围为{a|a≥或a=0}.
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