内容正文:
第一章 集合与常用逻辑用语
人教版A版·高中数学·必修第一册 知识点清单(纯知识点,不含习题)
说明:本清单按教材节次梳理核心知识点,标注【重点】【难点】【易错】,适合课前预习与单元复习。
1.1 集合的概念
一、元素与集合
▪ 集合:把一些确定的、互不相同的对象看作一个整体,这个整体叫做集合(简称集)。
▪ 元素:集合中的每一个对象都叫做这个集合的元素。
▪ 表示约定:集合通常用大写拉丁字母 A,B,C… 表示;元素通常用小写拉丁字母 a,b,c… 表示。
【重点】元素的三个特性(判断“能否构成集合”的依据):
▪ 确定性:给定一个集合,任何一个对象是否属于它都是确定的(如“较大的数”不能构成集合)。
▪ 互异性:集合中的元素互不重复,相同元素只算一个。
▪ 无序性:集合中的元素没有顺序,{1,2,3} 与 {3,2,1} 是同一个集合。
【重点】元素与集合的关系(属于 / 不属于):
▪ 属于:若 a 是集合 A 的元素,记作 a∈A(读作“a 属于 A”)。
▪ 不属于:若 a 不是集合 A 的元素,记作 a∉A。
【易错】“属于 ∈”用于元素与集合之间,“包含于 ⊆”用于集合与集合之间,二者不可混用。例如 1∈{1,2},而 {1}⊆{1,2};不能写成 1⊆{1,2} 或 {1}∈{1,2}。
【重点】常用数集及记法(务必记牢):
▪ N:非负整数集(自然数集),包含 0。
▪ N* 或 N+:正整数集(不含 0)。
▪ Z:整数集。
▪ Q:有理数集(有限小数与无限循环小数)。
▪ R:实数集(有理数与无理数统称为实数)。
【易错】0∈N 但 0∉N*;自然数集包含 0,正整数集不包含 0。填空时“0 是否属于 N*”常错。
二、集合的表示方法
▪ 列举法:把集合的元素一一列举出来,用花括号 { } 括起来。例:{1,2,3},{太平洋,大西洋,印度洋,北冰洋}。元素顺序无关,重复元素只写一个。
▪ 描述法:形如 {x∈A | P(x)},表示集合 A 中具有共同特征 P(x) 的元素 x 的全体。其中竖线“|”也可用冒号“:”或分号“;”代替。
▪ 省略写法:当 x∈R 或 x∈Z 从上下文明显时,可简写为 {x | P(x)}。例:{x | x<10}。
【难点】列举法适合元素个数有限且较少的情形;描述法适合元素有无穷多个或无法一一列举的情形(如不等式解集、全体奇数 {x∈Z | x=2k+1,k∈Z})。要会根据共同特征选择恰当的表示法。
表示法
形式
适用情形
示例
列举法
把元素一一列举,用 { } 括起
元素有限且较少
{1,2,3};{0,1}
描述法
{x∈A | P(x)}(| 可换 : 或 ;)
元素无穷多或难一一列举
{x∈R | x<10};{x∈Z | x=2k+1,k∈Z}
1.2 集合间的基本关系
▪ 子集:若集合 A 的任意一个元素都是集合 B 的元素,则称 A 是 B 的子集,记作 A⊆B(读作“A 包含于 B”,或“B 包含 A”)。
▪ 相等:A⊆B 且 B⊆A ⇔ A=B。
▪ 真子集:A⊆B,且存在 x∈B 使 x∉A,则称 A 是 B 的真子集,记作 A⊊B(读作“A 真包含于 B”)。
▪ 空集:不含任何元素的集合,记作 ∅。规定:空集是任何集合的子集(∅⊆A),是任何非空集合的真子集。
【重点】集合关系的重要性质:
▪ 反身性:A⊆A(任何集合是它本身的子集)。
▪ 传递性:若 A⊆B 且 B⊆C,则 A⊆C。
▪ 空集:∅⊆A;若 A≠∅,则 ∅⊊A。
【易错】① 包含关系 {a}⊆A 与属于关系 a∈A 不同:前者是集合与集合,后者是元素与集合。例如 a∈{a,b},而 {a}⊆{a,b}。② 空集是任何集合的子集,所以 ∅⊆{0} 成立,但 ∅∈{0} 不成立({0} 的元素只有 0)。③ 子集包含“相等”的情形;真子集不包含相等。
关系
文字语言
符号
说明
子集
A 的任一个元素都是 B 的元素
A⊆B
A 在 B 内(可相等)
真子集
A⊆B 且 B 中至少有元素不在 A 中
A⊊B
A 真包含于 B(不相等)
相等
A⊆B 且 B⊆A
A=B
两集合元素完全相同
空集
不含任何元素的集合
∅
∅⊆A;∅⊊A(A≠∅)
1.3 集合的基本运算
▪ 并集:由所有属于 A 或属于 B 的元素组成的集合,记作 A∪B = {x | x∈A 或 x∈B}。
▪ 交集:由所有属于 A 且属于 B 的元素组成的集合,记作 A∩B = {x | x∈A 且 x∈B}。
▪ 全集:含所研究问题涉及的所有元素的集合,通常记作 U(全集随研究问题而定)。
▪ 补集:全集 U 中不属于 A 的所有元素组成的集合,记作 ∁UA = {x | x∈U 且 x∉A}。
【重点】集合运算的性质:
▪ 并集:A∪A=A;A∪∅=A。
▪ 交集:A∩A=A;A∩∅=∅。
▪ 补集:∁U(∁UA)=A;A∪(∁UA)=U;A∩(∁UA)=∅。
【难点】集合中元素的个数(容斥原理):含有限个元素的集合叫有限集,card(A) 表示集合 A 中元素的个数。
▪ 两个集合:card(A∪B) = card(A) + card(B) − card(A∩B)。
▪ 三个集合:card(A∪B∪C) = card(A)+card(B)+card(C) − card(A∩B) − card(B∩C) − card(A∩C) + card(A∩B∩C)。
【易错】求并集的元素个数时,公共元素只能算一次,所以必须减去 card(A∩B);用 Venn 图分区域填数(先填交集区)可避免重复或遗漏。
运算
定义
符号表示
并集
由属于 A 或属于 B 的元素组成
A∪B={x | x∈A 或 x∈B}
交集
由属于 A 且属于 B 的元素组成
A∩B={x | x∈A 且 x∈B}
补集
U 中不属于 A 的元素组成
∁UA={x | x∈U 且 x∉A}
1.4 充分条件与必要条件
▪ 命题:可以判断真假的陈述句。中学数学许多命题可写成“若 p,则 q”的形式,其中 p 叫条件,q 叫结论。
▪ 充分条件与必要条件:若 p⇒q(即“若 p 则 q”为真),则 p 是 q 的充分条件,q 是 p 的必要条件。
▪ 若 p⇏q,则 p 不是 q 的充分条件,q 也不是 p 的必要条件。
▪ 充要条件:若 p⇒q 且 q⇒p,记作 p⇔q,则 p 是 q 的充要条件(p 与 q 互为充要条件)。
【重点】条件关系的四种判定(核心方法):设 A={x | x 满足 p},B={x | x 满足 q},则
▪ p 是 q 的充分不必要条件 ⇔ A⊊B(由 p 可推 q,由 q 推不出 p)。
▪ p 是 q 的必要不充分条件 ⇔ B⊊A。
▪ p 是 q 的充要条件 ⇔ A=B。
▪ p 是 q 的既不充分也不必要条件 ⇔ A⊈B 且 B⊈A。
【难点】判定“p 是 q 的什么条件”,方向不能反:看 p⇒q(充分性)和 q⇒p(必要性)哪个成立。可转化为集合的包含关系来判断。
【易错】① 充分性的意思是“有 p 就足够推出 q”,并不意味着只有 p 才能推出 q(结论 q 的充分条件一般不唯一)。② 数学中每条判定定理都给出相应结论的一个充分条件;每条性质定理都给出相应结论的一个必要条件。③ 举反例是判断假命题的重要方法。
p 是 q 的…
推出关系
集合关系
充分不必要条件
p⇒q 且 q⇏p
A⊊B
必要不充分条件
q⇒p 且 p⇏q
B⊊A
充要条件
p⇒q 且 q⇒p
A=B
既不充分也不必要条件
p⇏q 且 q⇏p
A⊈B 且 B⊈A
1.5 全称量词与存在量词
▪ 全称量词:“所有的”“任意一个”等,符号 ∀。含全称量词的命题叫全称量词命题,形式:∀x∈M, p(x)。
▪ 存在量词:“存在一个”“至少有一个”等,符号 ∃。含存在量词的命题叫存在量词命题,形式:∃x∈M, p(x)。
▪ 真命题的判定:全称量词命题要对 M 中每一个元素都成立;存在量词命题只需在 M 中找到一个元素使 p(x) 成立即可。
【重点】命题的否定(含一个量词):
▪ 全称量词命题 ∀x∈M, p(x) 的否定是:∃x∈M, ¬p(x)(量词由“∀”变“∃”,结论 p(x) 变否定)。
▪ 存在量词命题 ∃x∈M, p(x) 的否定是:∀x∈M, ¬p(x)(量词由“∃”变“∀”,结论 p(x) 变否定)。
▪ 一个命题与它的否定一真一假,不能同真也不能同假。
【难点】含一个量词的命题否定时,量词必须改变(全称 ↔ 存在),且只对结论 p(x) 否定,量词后的范围 M 不变。
【易错】“若 p 则 q”形的(省略量词的)全称命题,其否定不是“若 p 则 ¬q”,而是“存在满足 p 的对象,使 ¬q 成立”。例如“对任意 x>1,2x+1>5”的否定是“存在 x>1,使 2x+1≤5”。
命题类型
形式
否定形式
量词变化
全称量词命题
∀x∈M, p(x)
∃x∈M, ¬p(x)
∀ → ∃
存在量词命题
∃x∈M, p(x)
∀x∈M, ¬p(x)
∃ → ∀
本章主线:集合的含义与表示 → 集合间的关系 → 集合的运算;常用逻辑用语(充分条件/必要条件/充要条件、全称量词/存在量词及其否定)是数学表达与推理论证的基本语言。
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