内容正文:
1.1 集合及其关系
第一章 集合与充要条件
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第一章 集合与充要条件
职教高考总复习 数学
梳理 必备知识
提升 学科素养
01
02
突破 高效演练
03
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第一章 集合与充要条件
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思维导图
[知识点一] 元素与集合的相关概念
1.元素:一般地,把 研究对象 统称为元素,常用小写的拉丁字母 a,b,c... 表示.
2.集合:一些 元素 组成的总体,简称 集 ,常用大写拉丁字母 A,B,C... 表示.
3.集合相等:构成两个集合的元素是 一样 的.
4.集合中元素的特性: 确定性 、 互异性 和 无序性 .
[知识点二] 元素与集合的关系
1.属于:如果a是集合A的元素,就说 a属于集合A ,记作 a∈A .
2.不属于:如果a不是集合A中的元素,就说 a不属于集合A ,记作 a∉A .
[知识点三] 常见的数集及表示符号
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
符号
N
N*或N+
Z
Q
R
[知识点四] 集合的表示
1.列举法:把集合的元素 一一列举 出来,并用 花括号“{}” 括起来表示集合的方法叫作列举法.
2.描述法:
(1)定义:用集合所含元素的 共同特征 表示集合的方法称为描述法.
(2)具体方法:在花括号内先写上表示这个集合元素的 一般符号 及 取值(或变化)范围 ,再画一条竖线,在竖线后写出这个集合中元素所具有的 共同特征 .
[知识点五] 集合间的基本关系
1.一般地,对于两个集合A、B,如果集合A中 任意一个 元素都是集合B中的元素,我们就说这两个集合有包含关系,称集合A为集合B的子集,记作 A⊆B (或 B⊇A ),
读作“ A含于B ”(或“ B包含A ”).
2.如果集合A是集合B的子集(A⊆B),且 集合B是集合A的子集 ( B⊆A ),此时,集合A与集合B中的元素是一样的,因此集合A与集合B相等,记作 A=B .
3.如果A⊆B,但存在元素x∈B,且x∉A,我们称集合A是集合B的 真子集 ,记作 AB (或 BA ).
4.不含任何元素的集合叫作 空集 ,记作 ∅ .
5. 空集 是任何集合的子集, 空集 是任何非空集合的真子集.
[基础自测]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)某公司的优秀员工可以组成集合.( )
(2)分别由元素0,1,2和2,0,1组成的两个集合是相等的.( )
(3)由-1,1,1组成的集合中有3个元素.( )
(4)空集中只有元素0,而无其余元素.( )
(5)任何一个集合都有子集.( )
(6)若A=B,则A⊆B.( )
(7)空集是任何集合的真子集.( )
答案:(1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)√ (7)×
2.用“∈”或“∉”填空:
eq \f(1,2) ____ N;-3 ____ Z;eq \r(2) ____ Q;0 ____ N*;
eq \r(5) ____ R.
解析:因为eq \f(1,2)不是自然数,所以eq \f(1,2)∉N;-3是整数,所以-3∈Z;因为eq \r(2)不是有理数,所以eq \r(2)∉Q;0不是非零自然数,所以0∉N*;因为eq \r(5)是实数,所以eq \r(5)∈R.
答案:∉ ∈ ∉ ∉ ∈
3.集合{0,1}的子集有( )
A.1个
B.2个 C.3个 D.4个
解析:D [集合{0,1}的子集为∅,{0},{1},{0,1}.]
4.已知集合A={x|-1-x<0},则下列各式正确的是( )
A.0⊆A
B.{0}∈A
C.∅∈A
D.{0}⊆A
解析:D [集合A={x|-1-x<0}={x|x>-1},所以0∈A,{0}⊆A,D正确.]
5.能正确表示集合M={x|x∈R且0≤x≤1}和集合N={x∈R|x2=x}关系的Venn图是( )
解析:B [N={x∈R|x2=x}={0,1},M={x|x∈R且0≤x≤1},∴NM.]
集合的概念及其表示
[例1] (1)(集合的确定性)下面给出的四类对象中,能组成集合的是( )
A.高一某班个子较高的同学
B.比较著名的科学家
C.无限接近于4的实数
D.到一个定点的距离等于定长的点的全体
(2)已知a∈R,b∈R,若集合eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(a,\f(b,a),1))={a2,a+b,0},则b2 026-a2 026的值为( )
A.-2 B.-1 C.1 D.2
[解析] (1)D [选项A,B,C所描述的对象没有一个明确的标准,故不能构成一个集合,
选项D的标准唯一,故能组成集合.故选D.]
(2)B [∵eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(a,\f(b,a),1))={a2,a+b,0},∴eq \f(b,a)=0,则b=0;
∴{a,0,1}={a2,a,0},∴a2=1且a≠1,∴a=-1,
∴b2 026-a2 026=0-1=-1.故选B.]
与集合中的元素有关问题的求解策略
(1)确定集合的元素是什么,即集合是(数轴)数集、(平面直角坐标系)点集还是其他类型的集合.
(2)看这些元素满足什么限制条件.
(3)根据限制条件求参数的值或确定集合中元素的个数,要注意检验集合是否满足元素的互异性.
1.(1)(集合的确定性)下列四组对象中能构成集合的是( )
A.某市第一中学高一学习好的学生
B.在数轴上与原点非常近的点
C.很小的实数
D.倒数等于本身的数
(2)(集合的确定性)下列说法正确的是( )
A.2026年上半年发生的大事能构成一个集合
B.小于100的整数构成的集合是无限集
C.空集中含有元素0
D.自然数集中不含有元素0
(3)(集合的互异性)若-1∈{2,a2-a-1,a2+1},则a=( )
A.-1 B.0
C.1
D.0 或1
解析:(1)D (2)B
(3)B [①若a2-a-1=-1,则a2-a=0,解得a=0或a=1,a=1时,{2,a2-a-1,a2+1}={2,-1,2},舍去,∴a=0;
②若a2+1=-1,则a2=-2,a无实数解;由①②知:a=0.故选B.]
元素与集合的关系
[例2] 给出下列6个关系:①eq \f(\r(2),2)∈R,②eq \r(3)∈Q,③0∉N,④eq \r(4)∈N,⑤π∈Q,⑥|-2|∉Z.
其中正确命题的个数为( )
A.4
B.3 C.2 D.1
[解析] C [R,Q,N,Z分别表示实数集、有理数集、自然数集、整数集,所以①④正确,因为0是自然数,eq \r(3),π都是无理数,所以②③⑤⑥不正确.]
首先确定集合的元素是什么,即集合是数集还是点集或其他,再明确集合元素满足的限制条件是什么.
2.用符号“∈”或“∉”填空.
若A表示第一、三象限的角平分线上的点的集合,则点(0,0) ________ A,(1,1)________ ______A,(-1,1) ________ A.
解析:第一、三象限的角平分线上的点的集合可以用直线y=x表示,显然(0,0),(1,1)都在直线y=x上,(-1,1)不在直线上.∴(0,0)∈A,(1,1)∈A,(-1,1) ∉A.
答案:∈ ∈ ∉
集合间关系的判断
[例3] (1)下列各式中,正确的个数是( )
①{0}∈{0,1,2} ②{0,1,2}⊆{2,1,0}
③∅⊆{0,1,2} ④∅={0} ⑤{0,1}={(0,1)}
⑥0={0}
A.1
B.2 C.3 D.4
(2)指出下列各组集合之间的关系:
①A={-1,1},B={(-1,-1),(-1,1),(1,-1),(1,1)};②A={x|x是等边三角形},B={x|x是等腰三角形};③M={x|x=2n-1,n∈N*},N={x|x=2n+1,n∈N*}.
[解析] (1)B [对于①,是集合与集合的关系,应为{0}{0,1,2};对于②,实际为同一集合,任何一个集合是它本身的子集;对于③,空集是任何集合的子集;对于④,{0}是含有单元素0的集合,空集不含任何元素,并且空集是任何非空集合的真子集,所以∅{0};对于⑤,{0,1}是含有两个元素0与1的集合,而{(0,1)}是以有序数对(0,1)为元素的单元素集合,所以{0,1}与{(0,1)}不相等;对于⑥,0与{0}是“属于与否”的关系,所以0∈{0}.故②③是正确的,应选B.]
(2)①集合A的代表元素是数,集合B的代表元素是有序实数对,故A与B之间无包含关系.
②等边三角形是三边相等的三角形,等腰三角形是两边相等的三角形,故AB.
③方法一 两个集合都表示正奇数组成的集合,但由于n∈N*,因此集合M含有元素“1”,而集合N不含元素“1”,故NM.
方法二 由列举法知M={1,3,5,7,...},N={3,5,7,9,...},所以NM.
(1)判断集合间的关系,要注意先对集合进行化简,再进行判断,并且在描述关系时,要尽量精确.
(2)已知两个集合间的关系求参数时,关键是将条件转化为元素或区间端点间的关系(要注意区间端点的取舍),进而转化为参数所满足的关系,常用数轴、Venn图等来直观解决这类问题.
3.(1)若集合M={x|x2-1=0},T={-1,0,1},则M与T的关系是( )
A.MT
B.M⊆T
C.M=T
D.M ∈T
(2)用Venn图表示下列集合之间的关系:A={x|x是平行四边形},B={x|x是菱形},C={x|x是矩形},D={x|x是正方形}.
解析:(1)A [因为M={x|x2-1=0}={-1,1},
又T={-1,0,1},所以MT.]
(2)根据几何图形的相关知识明确各元素所在集合之间的关系,再画Venn图.如图所示.
子集、真子集的个数问题
[例4] (1)已知集合A={x∈R|x2-3x+2=0},B={x∈N|0<x<5},则满足条件ACB的集合C的个数为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
(2)已知集合A={x∈R|x2=a},使集合A的子集个数为2个的a的值为( )
A.-2
B.4
C.0
D.以上答案都不是
[解析] (1)由x2-3x+2=0,得x=1或x=2,所以A={1,2}.由题意知B={1,2,3,4},所以满足条件的C可为{1,2,3},{1,2,4}.
(2)由题意知,集合A中只有1个元素,必有x2=a只有一个解;若方程x2=a只有一个解,必有a=0.
[答案] (1)B (2)C
空集是任何集合的子集,是任何非空集合的真子集,应时刻关注对空集的讨论;任何集合都是自身的子集;含有n个元素的集合,共有2n个子集,有2n-1个真子集,2n-1个非空子集.
4.(1)已知集合M={x∈Z|1≤x≤m},若集合M有4个子集,则实数m=( )
A.1 B.2 C.3
D.4
(2)若集合A{1,2,3},且A中至少含有一个奇数,则这样的集合有 ________ 个.
解析:(1)根据题意,集合M有4个子集,则M中有2个元素,又由M={x∈Z|1≤x≤m},其元素为大于等于1而小于等于m的全部整数,则m=2.
(2)若A中含有一个奇数,则A可能为{1},{3},{1,2},{3,2};若A中含有两个奇数,则A={1,3}.
答案:(1)B (2)5
根据集合之间的关系求参数
[例5] 已知集合A={-1,2},B={x|ax-2=0},若B⊆A,则实数a的取值所组成的集合是( )
A.{-1,2}
B.{-2,1}
C.{-2,0,1}
D.{-1,0,2}
[解析] C [∵B⊆A,当a=0时,B=∅,满足条件,当a≠0时,B={-1}或{2},即-a-2=0或2a-2=0,解得a=-2或a=1.综上可得,实数a的取值所组成的集合是{0,-2,1}.故选C.]
根据集合间的关系求参数的策略
(1)注意对集合是否为空集进行分类讨论
因为∅⊆A对任意集合A都成立.
(2)借助Venn图和数轴使抽象问题直观化.列出关于参数的等式或不等式(组).
(3)注意检验区间端点值.
5.设集合A={x|x2-8x+15=0},B={x|ax-1=0}.
(1)若a=eq \f(1,5),试判定集合A与B的关系;
(2)若B⊆A,求实数a的取值集合.
解析:(1)由x2-8x+15=0得x=3或x=5,故A={3,5},当a=eq \f(1,5)时,
由ax-1=0得x=5.所以B={5},所以BA.
(2)当B=∅时,满足B⊆A,此时a=0;当B≠∅,a≠0时,集合B=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,a))),
由B⊆A得eq \f(1,a)=3或eq \f(1,a)=5,所以a=eq \f(1,3)或a=eq \f(1,5).
综上所述,实数a的取值集合为eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,3),\f(1,5))).
[基础题组练]
1.下列对象能构成集合的是( )
A.高一年级全体较胖的学生
B.高一(2)班的高个子学生
C.比较大的自然数
D.平面内到△ABC三个顶点距离相等的所有点
答案:D
2.集合A={1,2,3,5},当x∈A时,若x-1∉A且x+1∉A,则称x为A的一个“孤立元素”,则A中孤立元素的个数为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
答案:A
3.已知集合A={1,2},B={x|x2-(a+1)x+a=0,a∈R},若A=B,则a=( )
A.1 B.2 C.-1
D.-2
答案:B
4.已知集合A={-1,0,1},则含有元素0的A的子集的个数为( )
A.2 B.4 C.6
D.8
解析:B [根据题意,含有元素0的A的子集为{0},{0,1},{0,-1},{-1,0,1},共4个.]
5.设A={x|2<x<3},B={x|x<m},若A⊆B,则m的取值范围是( )
A.m>3
B.m≥3
C.m<3
D.m≤3
解析:B [因为A={x|2<x<3},B={x|x<m},A⊆B,将集合A,B表示在数轴上,如图所示,所以m≥3.]
6.已知集合A={x|x-3>0},B={x|2x-5≥0},则这两个集合的关系是 ________ .
解析:A={x|x-3>0}={x|x>3},B={x|2x-5≥0}=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(x≥\f(5,2))))). 结合数轴知AB.
答案:AB
7.设集合A={1,3,a},B={1,a2-a+1},且B⊆A,则a的值为 ________ .
解析:∵A={1,3,a},B={1,a2-a+1},且B⊆A,
∴a2-a+1∈A,∴a2-a+1=3或a2-a+1=a.
由a2-a+1=3,得a=2或a=-1;
由a2-a+1=a,得a=1. 经检验,a=1时集合A,B不满足集合中元素的互异性,舍去.故a=-1或a=2.
答案:-1或2
8.已知A={x|-3<x<5},B={x|x>a},A⊆B,则实数a的取值范围是 ________ .
解析:在数轴上画出集合A.
又因为A⊆B,所以a<-3,当a=-3时也满足题意,所以a≤-3.
答案:{a|a≤-3}
9.已知M={2,a,b},N={2a,2,b2},且M=N,试求a与b的值.
解:根据集合中元素的互异性,
有eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a=2a,b=b2)),或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a=b2,b=2a)),解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a=0,b=1)),或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a=0,b=0)),或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a=\f(1,4),b=\f(1,2))).
再根据集合中元素的互异性,得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a=0,b=1)),或 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(a=\f(1,4),b=\f(1,2))).
10.已知A={x|x2-3x+2=0},B={x|ax-2=0},且B⊆A,求由实数a的值组成的集合C.
解:由x2-3x+2=0,得x=1或x=2. 所以A={1,2}.
因为B⊆A,所以对B分类讨论如下:①若B=∅,即方程ax-2=0无解,此时a=0;
②若B≠∅,则B={1}或B={2}.
当B={1}时,有a-2=0,即a=2;
当B={2}时,有2a-2=0,即a=1.综上可知,符合题意的实数a所组成的集合C={0,1,2}.
[综合题组练]
1.已知集合{x|x2+ax=0}={0,1},则实数a的值为( )
A.-1 B.0 C.1 D.2
解析:A [由x2+ax=0,得x(x+a)=0,所以x=0或x=-a.所以由已知条件可得-a=1,所以a=-1.]
2.已知集合A={x|x2-2x≤0},B={x|x≤a},若A⊆B,则实数a的取值范围是( )
A.a≥2
B.a>2
C.a<0
D.a≤0
解析:A [∵A={x|0≤x≤2},B={x|x≤a},∴为使A⊆B,a须满足a≥2.]
3.集合M={x|x=3n,n∈N},集合N={x|x=3n,n∈N},则集合M与集合N的关系为( )
A.MN
B.NM
C.M=N
D.M N且NM
解析:D [因为1∈M,1∉N,所以MN,因为0∈N,0∉M,所以NM.综上知,MN且NM.]
4.已知集合M=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(x=\f(kπ,4)+\f(π,4),k∈Z)))),集合N=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\co1(x=\f(kπ,8)-\f(π,4))),k∈Z)),则( )
A.MN
B.NM
C.M=N
D.以上都不对
解析:A [∵eq \f(kπ,4)+eq \f(π,4)=eq \f(2k+1,8)π,k∈Z,
eq \f(kπ,8)-eq \f(π,4)=eq \f(k-2,8)π,k∈Z,
∴任取x∈M,有x∈N,且eq \f(π,8)∈N,但eq \f(π,8)∉M,
∴MN.]
5.已知集合A={x|ax-6=0},B={x|2x2-3x=0},且A⊆B,则a= __________ .
解析:B={x|2x2-3x=0}=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(0,\f(3,2))),当A=∅时,A⊆B成立,此时a=0,当A≠∅时,A={x|ax-6=0}=eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(6,a))),因为A⊆B,所以eq \f(6,a)=eq \f(3,2),得a=4,综上a=0或a=4,故答案为0或4.
答案:0或4
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