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第1节 集合 (2)

第1节 集合 (2)
第1节 集合 (2)

第1节集合

考试要求 1.了解集合的含义,体会元素与集合的属于关系;能用自然语言、图形语言、集合语言(列举法或描述法)描述不同的具体问题;2.理解集合之间包含与相等的含义,能识别给定集合的子集;在具体情境中了解全集与空集的含义;3.理解两个集合的并集与交集的含义,会求两个简单集合的并集与交集;4.理解在给定集合中一个子集的补集的含义,会求给定子集的补集;5.能使用韦恩(Venn)图表达集合间的基本关系及集合的基本运算

.

知识梳理

1.元素与集合

(1)集合中元素的三个特性:确定性、互异性、无序性.

(2)元素与集合的关系是属于或不属于,表示符号分别为∈和?.

(3)集合的三种表示方法:列举法、描述法、图示法.

2.集合间的基本关系

表示关系文字语言

符号语

集合间的基本关系

相等集合A与集合B中的所有元素都相同A=B 子集A中任意一个元素均为B中的元素A?B 真子集

A中任意一个元素均为B中的元素,且B中至少

有一个元素不是A中的元素

A B 空集空集是任何集合的子集,是任何非空集合的真子集

集合的并集集合的交集集合的补集

符号表示A∪B A∩B 若全集为U,则集合A的补集为?U A

图形表示

集合表示{x|x∈A,或x∈B}{x|x∈A,且x∈B}{x|x∈U,且x?A}

(1)A∩A=A,A∩?=?,A∩B=B∩A.

(2)A∪A=A,A∪?=A,A∪B=B∪A.

(3)A∩(?U A)=?,A∪(?U A)=U,?U(?U A)=A.

[常用结论与微点提醒]

1.若有限集A中有n个元素,则A的子集有2n个,真子集有2n-1个,非空子集有2n-1个,非空真子集有2n-2个.

2.子集的传递性:A?B,B?C?A?C.

3.注意空集:空集是任何集合的子集,是非空集合的真子集,应时刻关注对于空集的讨论.

4.A?B?A∩B=A?A∪B=B??U A??U B.

5.?U(A∩B)=(?U A)∪(?U B),?U(A∪B)=(?U A)∩(?U B).

诊断自测

1.判断下列结论正误(在括号内打“√”或“×”)

(1)任何一个集合都至少有两个子集.()

(2){x|y=x2+1}={y|y=x2+1}={(x,y)|y=x2+1}.()

(3)若{x2,1}={0,1},则x=0,1.()

(4)对于任意两个集合A,B,关系(A∩B)?(A∪B)恒成立.()

解析(1)错误.空集只有一个子集.

(2)错误.{x|y=x2+1}=R,{y|y=x2+1}=[1,+∞),{(x,y)|y=x2+1}是抛物线y

=x 2+1上的点集.

(3)错误.当x =1时,不满足集合中元素的互异性. 答案 (1)× (2)× (3)× (4)√

2.(新教材必修第一册P7练习1(1)改编)若集合P ={x ∈N |x ≤ 2 021},a =22,则( ) A.a ∈P B.{a }∈P C.{a }?P

D.a ?P

解析 因为a =22不是自然数,而集合P 是不大于 2 021的自然数构成的集合,所以a ?P ,只有D 正确. 答案 D

3.(老教材必修1P11讲解引申)已知集合A ={(x ,y )|x 2+y 2=1},B ={(x ,y )|x ,y ∈R 且y =x },则A ∩B 中元素的个数为________.

解析 集合A 表示以(0,0)为圆心,1为半径的单位圆上的点,集合B 表示直线y =x 上的点,圆x 2+y 2=1与直线y =x 相交于两点? ????22,22,? ????-22,-22,则

A ∩

B 中有两个元素. 答案 2

4.(2019·全国Ⅲ卷)已知集合A ={-1,0,1,2},B ={x |x 2≤1},则A ∩B =( ) A.{-1,0,1} B.{0,1} C.{-1,1}

D.{0,1,2}

解析 因为B ={x |x 2≤1|}={x |-1≤x ≤1},又A ={-1,0,1,2},所以A ∩B ={-1,0,1}. 答案 A

5.(2019·全国Ⅱ卷改编)已知集合A ={x |x >-1},B ={x |x <2},全集U =R ,则 (?U A )∪B =( ) A.(-1,+∞) B.(-∞,2) C.(-1,2)

D.?

解析 易知?U A ={x |x ≤-1},B ={x |x <2}.

∴(?U A )∪B ={x |x <2}. 答案 B

6.(2020·汉中调研)已知集合M ={x |0

B.8

C.7

D.6

解析 因为M ∩N ={x |0

考点一 集合的基本概念

【例1】 (1)定义P ⊙Q =?

???

??z |z =y x +x

y ,x ∈P ,y ∈Q ,已知P ={0,-2},Q ={1,

2},则P ⊙Q =( ) A.{1,-1}

B.{1,-1,0}

C.?

?????1,-1,-34

D.?

?????

-1,-34 (2)设集合A ={x |(x -a )2<1},且2∈A ,3?A ,则实数a 的取值范围为________. 解析 (1)由定义,当x =0时,z =1,

当x =-2时,z =1-2+-21=-1或z =2-2-1=-3

4. 因此

P ⊙Q =????

??1,-1,-34. (2)由题意得???(2-a )2<1,(3-a )2

≥1,解得???1

a ≤2或a ≥4. 所以1

答案 (1)C (2)(1,2]

规律方法 1.研究集合问题时,首先要明确构成集合的元素是什么,即弄清该集合是数集、点集,还是其他集合;然后再看集合的构成元素满足的限制条件是什么,从而准确把握集合的含义.

2.利用集合元素的限制条件求参数的值或确定集合中元素的个数时,要注意检验集合中的元素是否满足互异性.

【训练1】 (1)(2018·全国Ⅱ卷)已知集合A ={(x ,y )|x 2+y 2≤3,x ∈Z ,y ∈Z },则A 中元素的个数为( ) A.9

B.8

C.5

D.4

(2)若x ∈A ,则1

x ∈A ,就称A 是伙伴关系集合,集合M =?

???

??-1,0,12,2,3的所

有非空子集中具有伙伴关系的集合的个数是( ) A.1

B.3

C.7

D.31

解析 (1)由题意知A ={(-1,0),(0,0),(1,0),(0,-1),(0,1),(-1, -1),(-1,1),(1,-1),(1,1)},故集合A 中共有9个元素.

(2)具有伙伴关系的元素组是-1,1

2,2,所以具有伙伴关系的集合有3个:{-1},

??????12,2,????

??-1,1

2,2.

答案 (1)A (2)B

考点二 集合间的基本关系

【例2】 (1)已知集合A ={x |y =1-x 2,x ∈R },B ={x |x =m 2,m ∈A },则( ) A.A

B

B.B

A

C.A ?B

D.B =A

(2)(2020·沈阳一中检测)设集合A ={x |2a +1≤x ≤3a -5},B ={x |3≤x ≤22}.若A ?(A ∩B ),则实数a 的取值范围为________. 解析 (1)易知A ={x |-1≤x ≤1}, 所以B ={x |x =m 2,m ∈A }={x |0≤x ≤1}. 因此B

A .

(2)由A ?(A ∩B ),得A ?B ,则

①当A =?时,2a +1>3a -5,解得a <6;

②当A ≠?时,???2a +1≤3a -5,

2a +1≥3,3a -5≤22,

解得6≤a ≤9.

综上可知,使A ?(A ∩B )成立的实数a 的取值范围为(-∞,9]. 答案 (1)B (2)(-∞,9]

规律方法 1.若B ?A ,应分B =?和B ≠?两种情况讨论.

2.已知两个集合间的关系求参数时,关键是将两个集合间的关系转化为元素或区

间端点间的关系,进而转化为参数满足的关系.解决这类问题常常要合理利用数轴、Venn 图,化抽象为直观进行求解.确定参数所满足的条件时,一定要把端点值代入进行验证,否则易增解或漏解.

【训练2】 (1)若集合M ={x ||x |≤1},N ={y |y =x 2,|x |≤1},则( ) A.M =N B.M ?N C.M ∩N =?

D.N ?M

(2)(2020·南昌调研)已知集合A ={x |log 2(x -1)<1},B ={x ||x -a |<2},若A ?B ,则实数a 的取值范围为( ) A.(1,3) B.[1,3] C.[1,+∞)

D.(-∞,3]

解析 (1)易知M ={x |-1≤x ≤1},N ={y |y =x 2,|x |≤1}={y |0≤y ≤1},∴N ?M . (2)由log 2(x -1)<1,得0

所以实数a 的取值范围为[1,3]. 答案 (1)D (2)B 考点三 集合的运算 多维探究

角度1 集合的基本运算

【例3-1】 (1)(2019·全国Ⅰ卷)已知集合U ={1,2,3,4,5,6,7},A ={2,3,4,5},B ={2,3,6,7},则B ∩(?U A )=( ) A.{1,6} B.{1,7} C.{6,7}

D.{1,6,7}

(2)(2020·九江模拟)已知全集U =R ,集合A ={x |x -4≤0},B ={x |ln x <2},则 ?U (A ∩B )=( ) A.{x |x >4} B.{x |x ≤0或x >4} C.{x |0

D.{x |x <4或x ≥e 2}

解析 (1)由题意知?U A ={1,6,7}.又B ={2,3,6,7}, ∴B ∩(?U A )={6,7}.

(2)易知A ={x |x ≤4},B ={x |0

或x>4}.

答案(1)C(2)B

角度2抽象集合的运算

【例3-2】设U为全集,A,B是其两个子集,则“存在集合C,使得A?C,B??U C”是“A∩B=?”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

解析由图可知,若“存在集合C,使得A?C,B??U C”,则一定有“A∩B=?”;反过来,若“A∩B=?”,则一定能找到集合C,使A?C且B??U C.

答案 C

规律方法 1.进行集合运算时,首先看集合能否化简,能化简的先化简,再研究其关系并进行运算.

2.数形结合思想的应用:

(1)离散型数集或抽象集合间的运算,常借助Venn图求解;

(2)连续型数集的运算,常借助数轴求解,运用数轴时要特别注意端点是实心还是空心.

【训练3】(1)(角度1)(2019·天津卷)设集合A={-1,1,2,3,5},B={2,3,4},C={x∈R|1≤x<3},则(A∩C)∪B=()

A.{2}

B.{2,3}

C.{-1,2,3}

D.{1,2,3,4}

(2)(角度1)已知集合A={x|x2-x≤0},B={x|a-1≤x

A.0

B.1

C.2

D.1或2

(3)(角度2)若全集U={-2,-1,0,1,2},A={-2,2},B={x|x2-1=0},则图中阴影部分所表示的集合为()

A.{-1,0,1}

B.{-1,0}

C.{-1,1}

D.{0}

解析(1)由题意A∩C={1,2},则(A∩C)∪B={1,2,3,4}.故选D.

(2)易知A=[0,1],且A∩B只有一个元素,因此a-1=1,解得a=2.

(3)B={x|x2-1=0}={-1,1},阴影部分所表示的集合为?U(A∪B).又A∪B={-2,-1,1,2},全集U={-2,-1,0,1,2},所以?U(A∪B)={0}.

答案(1)D(2)C(3)D

A级基础巩固

一、选择题

1.(2019·北京卷)已知集合A={x|-11},则A∪B=()

A.(-1,1)

B.(1,2)

C.(-1,+∞)

D.(1,+∞)

解析将集合A,B在数轴上表示出来,如图所示.

由图可得A∪B={x|x>-1}.故选C.

答案 C

2.(2019·浙江卷)已知全集U={-1,0,1,2,3},集合A={0,1,2},B={-1,0,1},则(?U A)∩B=()

A.{-1}

B.{0,1}

C.{-1,2,3}

D.{-1,0,1,3}

解析由题意,得?U A={-1,3},∴(?U A)∩B={-1}.

答案 A

3.(2019·咸阳模拟)已知集合A={0,1,2,3,4,6},B={x|x=2n,n∈N},则A∩B 的元素个数是()

A.0

B.1

C.2

D.3

解析 ∵集合A ={0,1,2,3,4,6},B ={x |x =2n ,n ∈N }={1,2,4,8,…},∴A ∩B ={1,2,4},∴A ∩B 的元素个数是3. 答案 D

4.设集合M ={x |x 2-x >0},N =????

??

x ???1x <1,则( )

A.M N

B.N M

C.M =N

D.M ∪N =R

解析 集合M ={x |x 2-x >0}={x |x >1或x <0},N =????

??

x ???1x <1={x |x >1或x <0},所以

M =N . 答案 C

5.设集合A ={x |-1

解析 易求?R A ={x |x ≤-1或x >2},?R B ={x |x ≥0}, ∴(?R A )∩B ={x |x ≤-1},A 项不正确.

A ∩

B ={x |-1

C 、

D 错误. 答案 B

6.已知集合M ={x |y =x -1},N ={x |y =log 2(2-x )},则?R (M ∩N )=( ) A.[1,2) B.(-∞,1)∪[2,+∞) C.[0,1]

D.(-∞,0)∪[2,+∞)

解析 由题意可得M ={x |x ≥1},N ={x |x <2},∴M ∩N ={x |1≤x <2},∴?R (M ∩N )={x |x <1或x ≥2}. 答案 B

7.(2020·日照一中月考)已知A =[1,+∞),B =[0,3a -1],若A ∩B ≠?,则实数a 的取值范围是( ) A.[1,+∞)

B.????

??12,1

C.????

??23,+∞ D.(1,+∞)

解析 由题意可得3a -1≥1,解得a ≥23,∴实数a 的取值范围是??????23,+∞.

答案 C

8.设集合A ={(x ,y )|x +y =1},B ={(x ,y )|x -y =3},则满足M ?(A ∩B )的集合M 的个数是( ) A.0

B.1

C.2

D.3

解析 由???x +y =1,x -y =3,得???x =2,

y =-1,

∴A ∩B ={(2,-1)}.

由M ?(A ∩B ),知M =?或M ={(2,-1)}. 答案 C 二、填空题

9.(2019·江苏卷)已知集合A ={-1,0,1,6},B ={x |x >0,x ∈R },则A ∩B =________. 解析 由交集定义可得A ∩B ={1,6}. 答案 {1,6}

10.已知集合A ={1,3,4,7},B ={x |x =2k +1,k ∈A },则集合A ∪B 中元素的个数为________.

解析 由已知得B ={3,7,9,15}, 所以A ∪B ={1,3,4,7,9,15}, 故集合A ∪B 中元素的个数为6. 答案 6

11.已知集合A ={x |y =lg(x -x 2)},B ={x |x 2-cx <0,c >0},若A ?B ,则实数c 的取值范围是________.

解析 由题意知,A ={x |y =lg(x -x 2)}={x |x -x 2>0}=(0,1),B ={x |x 2-cx <0,c >0}=(0,c ).由A ?B ,画出数轴,如图所示,得c ≥1.

答案 [1,+∞)

12.若全集U =R ,集合A ={x |x 2-x -2≥0},B ={x |log 3(2-x )≤1},则A ∩(?U B )

=________.

解析 由题意,得集合A ={x |x 2-x -2≥0}={x |x ≤-1或x ≥2}, 因为log 3(2-x )≤1=log 33,所以0<2-x ≤3, 解得-1≤x <2,所以B ={x |-1≤x <2}, 从而?U B ={x |x <-1或x ≥2}, 故A ∩(?U B )={x |x <-1或x ≥2}. 答案 {x |x <-1或x ≥2}

B 级 能力提升

13.(2020·福州检测)已知集合A ={x |x 2-16<0},B ={x |3x 2+6x =1},则( ) A.A ∪B =? B.B ?A C.A ∩B ={0}

D.A ?B

解析 由题意,得A ={x |x 2-16<0}={x |-4

14.已知集合A ={x |y =4-x 2},B ={x |a ≤x ≤a +1},若A ∪B =A ,则实数a 的取值范围为( )

A.(-∞,-3]∪[2,+∞)

B.[-1,2]

C.[-2,1]

D.[2,+∞)

解析 集合A ={x |y =4-x 2}={x |-2≤x ≤2}, 因A ∪B =A ,则B ?A .

又B ≠?,所以有???a ≥-2,a +1≤2,所以-2≤a ≤1.

答案 C

15.(多填题)已知集合A ={x ∈R ||x +2|<3},集合B ={x ∈R |(x -m )(x -2)<0},且A ∩B =(-1,n ),则m =________,n =________. 解析 A ={x ∈R ||x +2|<3}={x ∈R |-5

则B ={x |m

答案-1 1

16.集合U=R,A={x|x2-x-2<0},B={x|y=ln(1-x)},则图中阴影部分所表示的集合是________.

解析易知A=(-1,2),B=(-∞,1),∴?U B=[1,+∞),A∩(?U B)=[1,2).因此阴影部分表示的集合为A∩(?U B)={x|1≤x<2}.

答案[1,2)

C级创新猜想

17.(多填题)对于任意两集合A,B,定义A-B={x|x∈A且x?B},A*B=(A-B)∪(B -A),记A={y|y≥0},B={x|y=lg(9-x2)},则B-A=________,A*B=________. 解析由题意,得A={y|y≥0},B={x|-3

∴A-B={x|x≥3},B-A={x|-3

因此A*B={x|x≥3}∪{x|-3

答案{x|-3

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