内容正文:
专题1.3 集合的基本运算
教学目标
1.理解并集、交集、全集、补集的定义,熟记对应符号与图形(Venn 图);
2.掌握交、并、补基础运算性质,能熟练对列举集合、数集区间做运算;
3.会利用集合运算求解参数范围,运算中分类讨论空集;
4.能借助 Venn 图解决多集合混合运算、容斥原理应用题;
5.区分 等条件的等价转化。
教学重难点
1.重点
交集、并集、补集的概念与运算;
区间型数集交并计算;
集合运算常用性质。
2.难点
含参数集合交并问题(空集分类讨论);
补集思想转化;
Venn 图容斥实际应用;
知识点 01 交集
定义:由所有同时属于集合A、集合B的元素组成的集合;
图形:Venn 图两集合重叠区域;
核心性质:
【即学即练】
1.已知集合,,则( )
A. B. C. D.
2.已知集合,,则( )
A. B.
C. D.
知识点 02 并集
定义:由所有属于 A 或属于 B的元素组成的集合;
图形:Venn 图两集合全部覆盖区域;
核心性质:
【即学即练】
1.已知集合,集合,则为( )
A. B. C. D.
2.已知集合,,则( )
A.≥ B. C. D.
知识点 03 全集
定义:研究问题时,所有涉及元素构成的整体集合,记作U;
说明:全集随研究场景变化,数集问题常取为全集。
知识点 04 补集
定义:全集中不属于集合A 的全部元素构成的集合; 图形:全集内除去A剩余部分;
基础性质:
【即学即练】
已知集合,,,则=( )
A. B. C. D.
知识点 05 交、并、补混合运算律(德摩根定律)
口诀:交的补 = 补的并;并的补 = 补的交。
【即学即练】
已知全集,集合,,则( )
A. B. C. D.
题型 01 列举型集合直接求交集、并集
【典例1】
已知集合,,则( )
A. B. C. D.
【变式1】
已知集合,,则( )
A. B. C. D.
【变式2】
已知,,则( )
A. B.
C. D.
【变式3】
已知集合,则的元素个数为( )
A.5 B.6 C.7 D.8
题型 02 已知全集,求集合的补集
【典例1】
设全集,集合,,则( )
A. B. C. D.
【变式1】
已知全集,集合,,则( )
A. B. C. D.
【变式2】
设全集,集合,,则( )
A. B. C. D.
【变式3】
设全集,集合,则( )
A. B. C. D.
题型 03 交、并、补混合多层运算
【典例1】
已知全集,集合,,则( )
A. B. C. D.
【变式1】
已知集合,集合,,则集合等于( )
A. B.
C. D.
【变式2】
设全集,集合,,,则( )
A. B.
C. D.
【变式3】
已知全集,集合,集合,则( )
A. B. C. D.
题型 04 已知求参数(必考,含空集讨论)
【典例1】
已知集合,,,若,则实数m的取值范围是______.
【变式1】
已知集合 ,或,, .
(1)求 ,
(2)若 ,求实数的取值范围.
【变式2】
已知集合,集合.
(1)当时,求和;
(2)若,求实数的取值范围.
【变式3】
已知集合,若,求实数t的取值范围.
题型 05 已知交集 / 并集结果,反求集合中参数
【典例1】
已知集合,,则使的实数的取值可以是( )
A.1 B.3 C.5 D.7
【变式1】
设 .若 ,求 的取值范围.
【变式2】
已知集合.,求实数m的取值范围.
【变式3】
已知集合,.若,求m的取值范围.
题型 06 Venn 图识图与容斥原理应用题
【典例1】
已知集合,,,则阴影部分表示的集合为( )
A. B. C. D.
【变式1】
设集合,,则图中阴影部分表示的集合是( )
A. B. C. D.
【变式2】
已知,求阴影部分( )
A. B. C. D.
【变式3】
如图,已知全集及其两个非空真子集,则图中阴影部分所表示的集合是( )
A.
B.
C.
D.
题型07 集合运算综合大题(多条件叠加)
【典例1】
已知集合,.
(1)当时,求和;
(2)是否存在实数a,使得,若存在,求实数a的取值范围,否则,说明理由.
【变式1】
设集合,集合.
(1)若,求和;
(2),求实数a的取值范围.
【变式2】
已知集合,.
(1)当时,求,.
(2)若,求实数的取值范围.
【变式3】
已知集合,,全集为.若,求实数m的取值范围.
题型08 容斥原理
【典例1】
学校举办运动会时,高一(1)班共有28名同学参加比赛,有15人参加游泳比赛,有8人参加田径比赛,有14人参加球类比赛,同时只参加游泳比赛和田径比赛的有3人,同时只参加游泳比赛和球类比赛的有3人,同时参加三项比赛的有1人,则同时只参加田径比赛和球类比赛的人数为( )
A.0 B.1 C.2 D.3
【变式1】
为了丰富学生的课余生活,促进学生全面发展,某校开设了劳动实践、研学参观、技术培训类拓展课程.高三某班学生共有人报名参加拓展课程,其中有人报名参加劳动实践,有人报名参加研学参观,有人报名参加技术培训,同时报名参加劳动实践和研学参观的有人,同时报名参加研学参观和技术培训的有5人,只参加技术培训的人数为( )
A. B. C. D.
【变式2】
某班共有45位同学,在学校举行的数学、物理学科竞赛中,有18位同学参加数学竞赛,有15位同学参加物理竞赛,两科竞赛均不参加的有15位同学,则同时参加数学和物理竞赛的同学有( )
A.2位 B.3位 C.4位 D.5位
【变式3】
对班级40名学生调查对两个事件的态度,有如下结果:24人赞成,其余的不赞成;27人赞成,其余的不赞成;另外,对都不赞成的学生数比对都赞成的学生数的三分之一多人,则对都赞成的学生有__________人.
1.已知集合,,,则( )
A. B. C. D.
2.已知集合,则中元素的个数为( )
A.1 B.2 C.4 D.5
3.设全集,,,则( )
A. B. C. D.
4.已知集合,若,则( )
A.1 B.3 C. D.
5.已知集合,,,则( )
A. B. C. D.1
6.已知集合,若,则的最大值为( )
A.1 B.2 C.3 D.5
7.已知集合,若,则实数的值是( )
A.2 B.1 C.2 D.1
8.已知全集,且,则( )
A. B. C. D.
9.若全集,则集合为( )
A. B. C. D.
10.已知集合,,且都是全集的子集,则下图所示的韦恩图中阴影部分表示的集合为( )
A. B.
C. D.
11.设全集,,,则( )
A. B. C. D.
12.已知全集为,则( )
A. B. C. D.
1.已知全集,集合,若,则( )
A.4 B.6 C.8 D.10
2.设全集,集合,,则a的值是( )
A.4 B.5 C.7 D.9
3.已知集合,则( )
A. B. C. D.
4.某校高一(4)班学生共47人,寒假参加体育训练,其中参加足球队的有25人,参加排球队的有22人,参加游泳队的有24人,足球、排球都参加的有12人,足球、游泳都参加的有9人,排球、游泳都参加的有8人,三项都参加的有__________人.
5.已知集合,,则如图所示的阴影部分表示的集合为__________.
6.记全集,已知集合,.若,求的取值范围.
7.设已知集合,若,求实数a的取值范围.
8.设 ,若 ,求 的值.
9.已知集合,.
(1)若,求;
(2)若,求实数a的取值范围.
10.设集合,,
(1)若,求,;
(2)若中只有一个整数,求实数m的取值范围.
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专题1.3 集合的基本运算
教学目标
1.理解并集、交集、全集、补集的定义,熟记对应符号与图形(Venn 图);
2.掌握交、并、补基础运算性质,能熟练对列举集合、数集区间做运算;
3.会利用集合运算求解参数范围,运算中分类讨论空集;
4.能借助 Venn 图解决多集合混合运算、容斥原理应用题;
5.区分 等条件的等价转化。
教学重难点
1.重点
交集、并集、补集的概念与运算;
区间型数集交并计算;
集合运算常用性质。
2.难点
含参数集合交并问题(空集分类讨论);
补集思想转化;
Venn 图容斥实际应用;
知识点 01 交集
定义:由所有同时属于集合A、集合B的元素组成的集合;
图形:Venn 图两集合重叠区域;
核心性质:
【即学即练】
1.已知集合,,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【详解】因,,
则.
2.已知集合,,则( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【详解】已知,,
在数轴中表示出集合,由图可知.
知识点 02 并集
定义:由所有属于 A 或属于 B的元素组成的集合;
图形:Venn 图两集合全部覆盖区域;
核心性质:
【即学即练】
1.已知集合,集合,则为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】使用集合的并集运算求解.
【详解】
2.已知集合,,则( )
A.≥ B. C. D.
【答案】C
【详解】因为, ,所以.
知识点 03 全集
定义:研究问题时,所有涉及元素构成的整体集合,记作U;
说明:全集随研究场景变化,数集问题常取为全集。
知识点 04 补集
定义:全集中不属于集合A 的全部元素构成的集合;
图形:全集内除去A剩余部分;
基础性质:
【即学即练】
已知集合,,,则=( )
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】由于,故.
知识点 05 交、并、补混合运算律(德摩根定律)
口诀:交的补 = 补的并;并的补 = 补的交。
【即学即练】
已知全集,集合,,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】因为集合,,则,
且全集,所以.
题型 01 列举型集合直接求交集、并集
【典例1】
已知集合,,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【详解】解方程得或1,所以,
,所以.
【变式1】
已知集合,,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【详解】已知集合,,
联立,得,则.
【变式2】
已知,,则( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】根据并集的定义求解.
【详解】,
.
【变式3】
已知集合,则的元素个数为( )
A.5 B.6 C.7 D.8
【答案】C
【分析】利用并集的运算求解.
【详解】,,
,的元素个数为.
故选:C.
题型 02 已知全集,求集合的补集
【典例1】
设全集,集合,,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【详解】由全集,集合,得,而,
所以.
【变式1】
已知全集,集合,,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【详解】由全集,集合,得,而,
所以.
【变式2】
设全集,集合,,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】根据题意,结合交集和补集的知识即可求解.
【详解】已知集合,,则,
又因为全集,所以,故B正确.
【变式3】
设全集,集合,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【详解】,
,
所以.
题型 03 交、并、补混合多层运算
【典例1】
已知全集,集合,,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【详解】因为,,所以,
因为,所以.
【变式1】
已知集合,集合,,则集合等于( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】根据集合的交集、并集与补集运算即可.
【详解】对于A:,或,A不符合.
对于B:,,B不符合.
对于C:,,C符合.
对于D:或,或,D不符合.
【变式2】
设全集,集合,,,则( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【详解】,,,
其中组成了所有整数,
则,
【变式3】
已知全集,集合,集合,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】使用交集运算与补集运算求解.
【详解】由题可得,又因,
则.
题型 04 已知求参数(必考,含空集讨论)
【典例1】
已知集合,,,若,则实数m的取值范围是______.
【答案】
【分析】根据分类讨论,分别列不等式求得的取值范围,最后根据补集思想即得.
【详解】,.
由,可分为和两种情况讨论:
当时,得.
当时,或,解得:或.
综上所述:当时,实数的取值范围为,故当时,实数的取值范围为.
故答案为:
【变式1】
已知集合 ,或,, .
(1)求 ,
(2)若 ,求实数的取值范围.
【答案】(1) 或 ,
(2)
【详解】(1) ,或,
或;
又,则 .
(2) ,则需,
解得,故实数的取值范围为.
【变式2】
已知集合,集合.
(1)当时,求和;
(2)若,求实数的取值范围.
【答案】(1),
(2)
【分析】(1)先求出集合,再根据并集、交集的定义求解即可;
(2)分、两种情况讨论求解即可.
【详解】(1)当时,,又,
,.
(2)由,
若,则,解得;
若,则或,解得.
综上所述,实数的取值范围为.
【变式3】
已知集合,若,求实数t的取值范围.
【答案】或.
【详解】由,包括两种情况:
① 当时,,即;
② 当时,或,解得,
综上,t的取值范围为或
题型 05 已知交集 / 并集结果,反求集合中参数
【典例1】
已知集合,,则使的实数的取值可以是( )
A.1 B.3 C.5 D.7
【答案】AB
【详解】由,得.
①当时,可得,解得;
②当时,可得,解得,
综上,故选项AB正确.
【变式1】
设 .若 ,求 的取值范围.
【答案】或
【分析】化简集合,根据交集的概念可知,通过讨论集合是否为空集即可求解.
【详解】化简集合 ,得 .由于 ,则有 可知集合 或为空集,或只含有根0或 .
①若,由 ,得.
②若,代入 ,得,即 或 ,
当时,,符合题意;
当时, ,也符合题意;
③若,代入,得 ,即 或 ,当时,②中已讨论,符合题意;
当时, ,不合题意;
综合①②③得或.
【变式2】
已知集合.,求实数m的取值范围.
【答案】
【分析】对是否为空集进行分类讨论,由此列不等式求得的取值范围.
【详解】若,则,
当时,,即;
当时, ,得,
则实数m的取值范围为.
【变式3】
已知集合,.若,求m的取值范围.
【答案】
【分析】对,分类讨论,列出满足的不等式求解.
【详解】由,可得,
当时, ,即,满足题意;
当时,需满足,解得;
综上可得,所以m的取值范围为.
题型 06 Venn 图识图与容斥原理应用题
【典例1】
已知集合,,,则阴影部分表示的集合为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【详解】图中阴影部分由属于集合,但不属于集合的元素构成的集合,
所以所求集合为.
【变式1】
设集合,,则图中阴影部分表示的集合是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【详解】由,得,因为指数函数单调递增,所以,即.
已知,所以.
分析Venn图:阴影部分表示集合中去掉的部分.
因此阴影部分表示集合.
【变式2】
已知,求阴影部分( )
A. B. C. D.
【答案】C
【详解】由图可知,阴影部分为.
【变式3】
如图,已知全集及其两个非空真子集,则图中阴影部分所表示的集合是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【分析】根据题意,结合图形,利用集合运算的表示方法,即可求解.
【详解】根据集合运算的表示方法,可得图中阴影部分表示集合除去的部分,
所以阴影部分表示集合为.
题型07 集合运算综合大题(多条件叠加)
【典例1】
已知集合,.
(1)当时,求和;
(2)是否存在实数a,使得,若存在,求实数a的取值范围,否则,说明理由.
【答案】(1),;
(2)不存在,理由见解析.
【分析】(1)把代入,利用集合的并集、交集的定义求解即得.
(2)假定存在,再结合集合的包含关系,列式求解即得.
【详解】(1)当时,,而,
所以,.
(2)假定存在实数a,使得,即,而,
因此,即,无解,
所以不存在实数a,使得成立.
【变式1】
设集合,集合.
(1)若,求和;
(2),求实数a的取值范围.
【答案】(1);;
(2)
【分析】(1)先求出集合B,再根据交集和并集的定义计算即可;
(2)由题设得,分和两种情况分析计算即可得解.
【详解】(1)若,则,
所以,.
(2)因为,所以,
当时,满足,此时;
当时,要使,则.
综上,实数a的取值范围为.
【变式2】
已知集合,.
(1)当时,求,.
(2)若,求实数的取值范围.
【答案】(1),
(2)
【分析】(1)首先求出集合,再根据交集、并集的定义计算可得;
(2)分、两种情况讨论,分别得到不等式(组),解得即可.
【详解】(1)当时,,
又因为,
所以,;
(2)因为
所以当时,,解得;
当时,,解得;
综上所述:实数的取值范围为.
【变式3】
已知集合,,全集为.若,求实数m的取值范围.
【答案】
【分析】根据集合是否为空集进行分类讨论,由此列不等式求得的取值范围.
【详解】由得,,
当时,由,可得,即,
此时;
当时,由,
得或,而,
所以,解得,
综上所述,实数m的取值范围为.
题型08 容斥原理
【典例1】
学校举办运动会时,高一(1)班共有28名同学参加比赛,有15人参加游泳比赛,有8人参加田径比赛,有14人参加球类比赛,同时只参加游泳比赛和田径比赛的有3人,同时只参加游泳比赛和球类比赛的有3人,同时参加三项比赛的有1人,则同时只参加田径比赛和球类比赛的人数为( )
A.0 B.1 C.2 D.3
【答案】B
【分析】结合韦恩图,列出方程求解即可.
【详解】设同时只参加田径比赛和球类比赛的人数为,只参加田径的人数为,只参加球类比赛的人数为,
则只参加游泳比赛的人数为,画出韦恩图,如图所示,
则,解得,所以同时只参加田径比赛和球类比赛的有1人.
【变式1】
为了丰富学生的课余生活,促进学生全面发展,某校开设了劳动实践、研学参观、技术培训类拓展课程.高三某班学生共有人报名参加拓展课程,其中有人报名参加劳动实践,有人报名参加研学参观,有人报名参加技术培训,同时报名参加劳动实践和研学参观的有人,同时报名参加研学参观和技术培训的有5人,只参加技术培训的人数为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】使用三集合容斥原理,通过韦恩图划分各部分人数,设三类都参加的人数为、只参加劳动实践和培训的人数为,根据总人数列方程化简得,再结合培训的总人数,算出只参加培训的人数.
【详解】设类课程全参加的有人,同时只参加劳动实践和技术培训的有人,
列出韦恩图,则,
可得,则只参加技术培训的人数为人.
【变式2】
某班共有45位同学,在学校举行的数学、物理学科竞赛中,有18位同学参加数学竞赛,有15位同学参加物理竞赛,两科竞赛均不参加的有15位同学,则同时参加数学和物理竞赛的同学有( )
A.2位 B.3位 C.4位 D.5位
【答案】B
【详解】参加竞赛的总人数:45−15=30(位),
根据容斥原理计算同时参加两科竞赛的人数:18+15−30=3(位).
【变式3】
对班级40名学生调查对两个事件的态度,有如下结果:24人赞成,其余的不赞成;27人赞成,其余的不赞成;另外,对都不赞成的学生数比对都赞成的学生数的三分之一多人,则对都赞成的学生有__________人.
【答案】
【详解】设都赞成人,所以赞成或赞成的人数为
由题可知都不赞成人数为,
所以总人数 ,解得
1.已知集合,,,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】考查集合的交集和并集运算,解题的关键是先求出与的交集,再将所得交集与求并集.
【详解】,.
2.已知集合,则中元素的个数为( )
A.1 B.2 C.4 D.5
【答案】D
【分析】先写出集合的所有元素,再根据交集定义找出与的公共元素,统计公共元素的个数即可得到结果.
【详解】因为,
所以,即中元素个数为5.
3.设全集,,,则( )
A. B. C. D.
【答案】B
【详解】因为全集,,,
所以.
4.已知集合,若,则( )
A.1 B.3 C. D.
【答案】C
【详解】因为,
所以或,
当时,与集合元素的互异性矛盾;
当时,可得,此时,满足
故.
5.已知集合,,,则( )
A. B. C. D.1
【答案】B
【分析】利用交集的性质可知点同时属于集合A和B,将该点代入两个集合对应的方程求解即可得到b的值.
【详解】由可得,点同时满足集合、的对应函数方程,
将代入的方程,得,解得;
将和代入的方程,
得,解得,
因此.
6.已知集合,若,则的最大值为( )
A.1 B.2 C.3 D.5
【答案】B
【分析】根据列不等式,由此求得的取值范围,进而求得的最大值.
【详解】依题意,,
由于,
所以,解得,
所以的最大值为.
7.已知集合,若,则实数的值是( )
A.2 B.1 C.2 D.1
【答案】B
【分析】根据并集的定义计算即可.
【详解】已知集合,若,
所以,解得.
8.已知全集,且,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】由,
集合由中满足的元素构成,
:,故,
:,故,
:,故,
:,故,
:,故,
所以,则.
9.若全集,则集合为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】先求出,根据补集运算的定义,即可得答案.
【详解】由题意得,且全集,
所以集合.
10.已知集合,,且都是全集的子集,则下图所示的韦恩图中阴影部分表示的集合为( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【详解】由图可知,阴影部分由属于不属于的元素构成,
因为,,
所以阴影部分表示的集合为
11.设全集,,,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【详解】因为全集,,,
所以,所以.
12.已知全集为,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】由子集和补集定义结合交集定义即可分析求解.
【详解】因为全集为,
所以对任意有,则,
则.
故选:A
1.已知全集,集合,若,则( )
A.4 B.6 C.8 D.10
【答案】D
【详解】全集,集合,,
,,故选项D正确.
2.设全集,集合,,则a的值是( )
A.4 B.5 C.7 D.9
【答案】A
【详解】已知全集,,
则,又,所以,解得.
3.已知集合,则( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据集合的性质以及补集的定义即可求解.
【详解】已知集合,
由补集的定义可知,即,
因此必有且,解得,故A正确.
4.某校高一(4)班学生共47人,寒假参加体育训练,其中参加足球队的有25人,参加排球队的有22人,参加游泳队的有24人,足球、排球都参加的有12人,足球、游泳都参加的有9人,排球、游泳都参加的有8人,三项都参加的有__________人.
【答案】5
【分析】将参加各队的学生转化为集合,利用三个集合的容斥原理公式,设三项都参加的人数为未知数,代入已知数据列方程求解.
【详解】设参加足球队的学生组成集合,参加排球队的学生组成集合,参加游泳队的学生组成集合,
则,,,,,.
设三项都参加的人数为,
则,
因为,
所以由
得,
解得,即三项都参加的有5人.
故答案为:5.
5.已知集合,,则如图所示的阴影部分表示的集合为__________.
【答案】
【分析】先根据韦恩图确定阴影部分表示的集合,进而根据集合的运算求解即可.
【详解】由韦恩图可知,如图所示的阴影部分表示的集合为,
又,,
则 ,
所以.
6.记全集,已知集合,.若,求的取值范围.
【答案】
【分析】由补集的运算性质先求出,结合即可求解的取值范围.
【详解】依题意,或,
因为,所以
解得,故的取值范围为.
7.设已知集合,若,求实数a的取值范围.
【答案】
【分析】由题意得,分类讨论集合是否为空集并将结果取并集即可.
【详解】由,得.
①当时,即,解得,此时,符合题意;
②当时,即,
所以,解得;
所以实数的取值范围是.
8.设 ,若 ,求 的值.
【答案】
【分析】化简集合,根据并集的概念可判断集合是集合的子集,分别讨论,即可求得的值.
【详解】 .因为,所以 ,则,;
①若,代入 ,得,即 或 ,
当时,,符合题意;
当时, ,不符合题意;
②若,代入,得,即或,
当时,①中已讨论,符合题意;
当时, ,不合题意;
综上,.
9.已知集合,.
(1)若,求;
(2)若,求实数a的取值范围.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)由集合并集的运算性质即可求;
(2)由得,由集合间的包含关系即可求.
【详解】(1)若,则,所以.
(2)因为,所以,
10.设集合,,
(1)若,求,;
(2)若中只有一个整数,求实数m的取值范围.
【答案】(1),;
(2).
【分析】(1)根据条件得到,再利用集合的运算即可求出结果;
(2)由(1)知或,根据条件,借助数轴,即可求出结果.
【详解】(1)因为,所以,
又,所以或,
所以,.
(2)由(1)知或,又中只有一个整数,
由图知,,且,
解得,所以实数的取值范围是.
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