高中数学集合测试题(含答案和解析)一、单选题1.已知集合{}1,0,2,2A =-,{}22B x x =≤,则A B =( )A .{}1,0,2-B .{}1,0-C .{}0,2D .{}0,2,22.设集合{}2260A x Z x x =∈+-≤,{}02B x x =<<,则()R A B ⋂=( )A .[]2,0-B .30,2⎛⎤ ⎥⎝⎦C .{}2,1,0--D .{}2,1--3.已知{}33U x x =-≤<,{}23A x x =-≤<,则图中阴影表示的集合是( )A .{}32x x -≤≤-B .][33,)-∞-⋃+∞(, C .{}0x x ≤D .{}32x x -≤<-4.已知全集{}{}1,2,3,,2,3U A U B =⊆=,若A B ⋂≠∅,且A B ⊆/则集合A 有( ) A .1个B .2个C .3个D .4个5.设集合(){}2log 1A x y x ==-,{}1,0,3B =-,则A B =( ) A .{}0 B .{}1,1- C .{}1,0-D .1,0,1,26.设全集U =R ,已知集合2|4A x x x >={},|4B x y x ==-{},则()UA B ⋂=( )A .[0,4]B .(,4]-∞C .(,0)-∞D .[0,)+∞7.已知集合{}{}2230,1A x x x B x x =--<=≤,则R()A B ⋂=( )A .(,1][1,)∞∞--⋃+B .(,1](1,)-∞-⋃+∞C .(]1,1-D .[1,1)-8.已知集合{|1}A x y x ==+,集合{|1}B x x =<,则A B =( )A .[)1,1-B .(1,1)-C .(,1)-∞D .(0,1)9.设{}{}21,230A x x B x x x =>=--<,则()R A B ⋂=( )A .{}1x x >-B .{}11x x -<≤C .{}11x x -<<D .{}13x x <<10.设集合P ,Q 均为全集U 的非空子集,且U ()P Q P =∩,则U ()P Q =∩( ) A .PB .QC .∅D .U 11.已知集合,P Q 均为R 的子集,且()R Q P R ⋃=,则( ) A .P Q R ⋂=B .P Q ⊆C .Q P ⊆D .P Q R =12.已知集合2{60}A xx x =--<|,{|231}B x x =+>,则A B ⋃=( )A .(1,3)-B .(2,)-+∞C .(2,1)--D .(,2)-∞-13.已知集合{2,1,0,1,2}A =--,{}220B x x x =--<,则A B =( )A .{2,1,0,1}--B .{1,0,1,2}-C .{0,1}D .{1,0}-14.从集合{1,2,3}U =的非空子集中随机选择两个不同的集合A ,B ,则{1}A B ⋂=的概率为( ) A .421B .542C .17D .55615.已知集合1|2,[,4]2xA xB a a ⎧⎫=>=+⎨⎬⎩⎭,若(]1,2A B =-,则=a ( )A .2B .1-C .2-D .5-二、填空题16.设{1,2}{1,2,3,4}A =,则满足条件的集合A 共有________个.17.已知{}3A x a x a =≤≤+,{}15b x x =-<<,A B =∅,则实数a 的取值范围是______18.若对任意的x A ∈,有1A x ∈,则称A 是“伙伴关系集合”,则集合11,01,22M ⎧⎫=⎨⎬⎩⎭-,,的所有非空子集中,具有伙伴关系的集合的个数为________. 19.设函数()1ln 12mx f x x+=-是定义在区间(),n n -上的奇函数(0m >,0n >),则实数n 取值范围为______.20.立德中学有35人参加“学党史知识竞赛”若答对第一题的有20人,答对第二题的有16人,两题都答对的有6人,则第一、二题都没答对的有___人.21.设集合{}1,2,3,,2021M =⋅⋅⋅,对M 的任一非空子集A ,令()A σ为集合A 中元素的最大值与最小值之和,则所有这样的()A σ的算术平均值为______.22.若集合{}{}230,0,1,2,3A xx x B =-==∣,则满足A M B ⊆⊆的集合M 的个数是___________.23.已知集合{}1,0,1A =-,{}220B x x x =-=,则A B ⋃=______.24.设集合{}2,3,4U =,对其子集引进“势”的概念;①空集的“势”最小;②非空子集的元素越多,其“势”越大;③若两个子集的元素个数相同,则子集中最大的元素越大,子集的“势”就越大.最大的元素相同,则第二大的元素越大,子集的“势”就越大,以此类推.若将全部的子集按“势”从小到大顺序排列,则排在第6位的子集是_________. 25.用符号“∈”或“∉”填空: (1)34______N ;(2)4-______Z ; (3)13______Q ;(4)2π-______R .三、解答题26.函数()()sin 22sin cos 1a x f x a x x +=+-.(1)若1a =,,02x π⎡⎫∈-⎪⎢⎣⎭,求函数()f x 的值域;(2)当,02x ⎡⎤∈-⎢⎥⎣⎦π,且()f x 有意义时,①若(){}0y y f x ∈=,求正数a 的取值范围; ②当12a <<时,求()f x 的最小值N .27.已知集合A ={x |24x >},B ={x ||x -a |<2},其中a >0且a ≠1. (1)当a =2时,求A ∪B 及A ∩B ;(2)若集合C ={x |log ax <0}且C ⊆B ,求a 的取值范围.28.关于x 的不等式()()2220R ax a x a +--≥∈的解集为][(),12,-∞-⋃+∞.(1)求a 的值;(2)若关于x 的不等式()()2320x c a x c c a -++-<解集是集合A ,不等式()()210x x -+>的解集是集合B ,若A B ⊆,求实数c 的取值范围.29.设全集为R ,{3A x x =≤或}9x ≥,{}29B x x =-<≤. (1)求A B ,A B ; (2)求()R B A .30.设集合{}()(){}2|20,|30,0A x x x B x x a x a a =--<=--<>,语句:p x A ∈,语句:q x B ∈.(1)当1a =时,求集合A 与集合B 的交集;(2)若p 是q 的必要不充分条件,求正实数a 的取值范围.【参考答案】一、单选题 1.A 【解析】 【分析】解一元二次不等式化简集合B ,再利用交集的定义计算作答. 【详解】解不等式22x ≤得:x ≤{|B x x =≤,因{}2A =-,所以{A B ⋂=-. 故选:A 2.C 【解析】 【分析】求解集合A ,然后进行交集补集运算即可. 【详解】集合()(){}{}|23202,1,0,1A x Z x x =∈-+≤=--,{}02B x x =<<{R|0B x x =≤或}2x ≥,则()R A B ⋂={}2,1,0--故选:C 3.D 【解析】 【分析】根据韦恩图,写出相应集合即可 【详解】由图可知,阴影表示的集合为集合A 相对于全集U 的补集,即阴影表示的集合是UA ,所以{}32UA x x =-≤<-;故选:D4.C 【解析】 【分析】根据题意,列举出符合题意的集合. 【详解】因为全集{}{}1,2,3,,2,3U A U B =⊆=,若A B ⋂≠∅,且A B ⊆/, 所以{}1,2,3A =或{}1,2A =或{}1,3A =. 故选:C 5.C 【解析】 【分析】由对数函数定义域可求得集合A ,根据交集定义可得结果. 【详解】由10x ->得:1x <,即{}1A x x =<,{}1,0A B ∴=-. 故选:C. 6.D 【解析】 【分析】化简集合,A B ,先求出A B ,再求出其补集即可得解. 【详解】2|4A x x x >={}{|0x x =<或4}x >,|B x y ={{|4}x x =≤,所以{|0}A B x x =<, 所以()UA B ⋂={|0}x x ≥,即()UA B ⋂[0,)=+∞.故选:D7.B 【解析】 【分析】解一元二次不等式求集合A 、解绝对值不等式求集合B ,再应用集合的交补运算求R()A B .【详解】由题设,{|13},{|11}A x x B x x =-<<=-≤≤, 所以1{|1}A B x x =-<≤,则R(){|1A B x x ⋂=≤-或1}x >.故选:B 8.A 【解析】 【分析】求出集合A ,根据集合的交集运算即可求得答案. 【详解】由题意得:{|1}{|1}A x y x x x ==+=≥-, 故{|11}A B x x ⋂=-≤<, 故选:A 9.B 【解析】 【分析】首先解一元二次不等式求出集合B ,再根据补集、交集的定义计算可得; 【详解】解:由2230x x --<,即()()310x x -+<,解得13x ,所以{}{}2230|13B x x x x x =--<=-<<,又{}1A x x =>,所以{}R1A x x =≤,所以(){}R 11A B x x ⋂=-<≤;故选:B 10.B 【解析】 【分析】 依题意可得UP Q ⊆,即可得到UQ P ⊆,从而即可判断;【详解】解:因为U ()P Q P =∩,所以UP Q ⊆,所以UQ P ⊆,所以U ()P Q Q =∩;故选:B 11.C 【解析】 【分析】利用韦恩图,结合集合的交集、并集和补集的运算,即可求解. 【详解】如图所示,集合,P Q 均为R 的子集,且满足()R Q P R ⋃=, 所以Q P ⊆. 故选:C.12.B 【解析】 【分析】先计算出集合,A B ,再计算A B 即可. 【详解】因为{23}A xx =-<<∣,{1}B x x =>-∣,所以(2,)A B ⋃=-+∞. 故选:B. 13.C 【解析】 【分析】根据交集概念求解即可. 【详解】{}{}220=12B x x x x x =--<-<<,则{}0,1A B =. 故选:C 14.A 【解析】 【分析】写出集合{1,2,3}U =的非空子集,求出总选法,再根据{1}A B ⋂=,列举出集合,A B 的所有情况,再根据古典概型公式即可得解. 【详解】解:集合{1,2,3}U =的非空子集有{}{}{}{}{}{}{}1,2,3,1,2,1,3,2,3,1,2,3共7个,从7个中选两个不同的集合A ,B ,共有2742A =种选法,因为{1}A B ⋂=,当{}1A =时,则B 可为{}{}{}1,2,1,3,1,2,3共3种, 当{}1,2A =时,{}1,3B =共1种,同理当{}1B =时,则A 可为{}{}{}1,2,1,3,1,2,3共3种, 当{}1,2B =时,{}1,3A =共1种, 则符合{1}A B ⋂=的共有31318+++=种, 所以{1}A B ⋂=的概率为844221=. 故选:A. 15.C 【解析】 【分析】求出集合A 的解集,由(]1,2A B =-,列出满足题意的关系式求解即可得答案. 【详解】解:因为{}{}11|2|22|1(1,)2x x A x x x x -⎧⎫=>=>=>-=-+∞⎨⎬⎩⎭,[,4]B a a =+,又(1,2]A B ⋂=-,所以421a a +=⎧⎨≤-⎩,即2a =-,故选:C.二、填空题16.4 【解析】 【分析】根据并集的定义,列举集合A . 【详解】由并集定义可知,集合A 中有元素3和4,所以满足条件的集合{}{}{}{}3,4,1,3,4,2,3,4,1,2,3,4A =共4个. 故答案为:4 17.4a ≤-或5a ≥ 【解析】 【分析】由3a a <+可得A ≠∅,根据题意可得到端点的大小关系,得到不等式,从而可得答案. 【详解】由题意 3a a <+,则A ≠∅要使得A B =∅,则31a +≤-或5a ≥ 解得4a ≤-或5a ≥ 故答案为:4a ≤-或5a ≥18.7【解析】 【分析】在集合M 的子集中列举出满足“伙伴关系集合”的集合,从而可得结果. 【详解】因为x A ∈,则1A x ∈,就称A 是伙伴关系集合,集合11,0,,1,22M ⎧⎫=-⎨⎬⎩⎭,所以具有伙伴关系的集合有{}{}{}11111,1,,2,1,1,1,,2,1,,2,1,1,,22222⎧⎫⎧⎫⎧⎫⎧⎫----⎨⎬⎨⎬⎨⎬⎨⎬⎩⎭⎩⎭⎩⎭⎩⎭共7个.故答案为:719.10,2⎛⎤⎥⎝⎦【解析】 【分析】由奇函数的定义和对数的运算性质,解方程可得m ,再由对数的真数大于0解不等式,然后利用集合的包含关系即可求解. 【详解】解:因为函数1()ln12mx f x x+=-是定义在区间(,)n n -上的奇函数(0,0)m n >>,所以()()f x f x -=-,即1112ln ln ln 12121mx mx xx x mx-+-=-=+-+, 所以112121mx xx mx--=++,即222114m x x -=-, 所以24m =,解得2m =±,又0m >, 所以2m =,此时,21()ln 12x f x x+=-, 由21012x x +>-,解得1122x -<<, 所以()11,22,n n ⎛-⎫⊆- ⎪⎝⎭,又0n >, 所以实数n 取值范围为10,2⎛⎤ ⎥⎝⎦.故答案为:10,2⎛⎤⎥⎝⎦.20.5 【解析】 【分析】集合元素计算,只对第一题,只对第二题,二题都答对和二题都不对,总数为35人. 【详解】设第一、二题都没答对的有x 人, 则()()206166635x -+-++= ,所以5x = 故答案为:5 21.2022 【解析】 【分析】先分别求出集合M 的所有非空子集中最小的元素与最大的元素之和,从而得出答案. 【详解】集合{}1,2,3,,2021M =⋅⋅⋅的非空子集共有202121-个其中以1为最小元素的非空子集共有20202个,以2为最小元素的非空子集共有20192个, …………以2021为最小元素的非空子集共有021=个,所以集合M 的所有非空子集中最小的元素之和为202020190122220212⨯+⨯++⨯ ①其中以2021为最大元素的非空子集共有20202个,以20202为最大元素的非空子集共有20192个,…………以1为最大元素的非空子集共有021=个,所以集合M 的所有非空子集中最大的元素之和为202020190202122020212⨯+⨯++⨯ ②由① + ②可得:()()()202020190202112202022120212+⨯++⨯+++⨯202020190202222022220222=⨯+⨯++⨯()()2021202020192021122022222202220222112-=⨯+++=⨯=--所以所有这样的()A σ的算术平均值为:()20212021202221202221-=-故答案为:2022 22.4 【解析】 【分析】求出集合A ,由A M B ⊆⊆即可求出集合M 的个数. 【详解】因为集合{}{}2300,3A xx x =-==∣,{}0,1,2,3B =, 因为A M B ⊆⊆,故M 有元素0,3,且可能有元素1或2, 所以{}0,3M =或{}0,1,3M =或{}0,2,3M =或{}0,1,2,3M = 故满足A M B ⊆⊆的集合M 的个数为4, 故答案为:4.23.{1,0,1,2}-【解析】 【分析】根据给定条件求出集合B ,再利用并集的定义直接计算作答. 【详解】解方程220x x -=得:0x =或2x =,则{}0,2B =,而{}1,0,1A =-, 所以{1,0,1,2}A B =-. 故答案为:{1,0,1,2}-24.{}2,4【解析】 【分析】根据题意依次按“势”从小到大顺序排列,得到答案. 【详解】根据题意,将全部的子集按“势”从小到大顺序排列为:∅,{}2,{}3,{}4,{}2,3,{}2,4,{}3,4,{}2,3,4.故排在第6的子集为{}2,4. 故答案为:{}2,4 25. ∉, ∈, ∈ ∈ 【解析】 【分析】(1)利用元素与集合的关系判断. (2)利用元素与集合的关系判断. (3)利用元素与集合的关系判断. (4)利用元素与集合的关系判断.【详解】 解:34∉N ; 4-∈Z ; 13∈Q ; 2π-∈R .故答案为:∉,∈,∈,∈三、解答题26.(1)(,2-∞-(2)①2a ≥;②)21N a=【解析】 【分析】(1)当1a =时,求得()sin 22sin cos 1x f x x x +=+-,令[)sin cos 1,1t x x =+∈-,令[)12,0m t =-∈-,()()22h m f x m m==++,利用双勾函数的单调性可得出函数()h m 在[)2,0-上的值域,即可得解;(2)①分析可知210a a --≤≤,可得出2a ≥,分1a =、1a ≠两种情况讨论,化简函数()221at ap t at +-=-的函数解析式或求出函数()f x 的最小值,综合可得出正实数a 的取值范围;②令[]11,1n at a a =-∈---,则1n t a +=,可得出()()21122a a p t n n a n ϕ⎡⎤+-=++=⎢⎥⎣⎦,分析可得出101a a --<<-<法可求得N . (1)解:当1a =时,()sin 22sin cos 1x f x x x +=+-,因为,02x π⎡⎫∈-⎪⎢⎣⎭,则,444x πππ⎡⎫+∈-⎪⎢⎣⎭,令[)sin cos 1,14t x x x π⎛⎫=+=+∈- ⎪⎝⎭,则212sin cos 1sin 2t x x x =+=+,可得2sin 21x t =-, 设()()211t g t f x t +==-,其中11t -≤<,令1m t =-,则()22111221m t m t m m+++==++-,令()22h m m m=++,其中20m -≤<,下面证明函数()h m在2,⎡-⎣上单调递增,在()上单调递减,任取1m 、[)22,0m ∈-且12m m <,则()()1212122222h m h m m m m m ⎛⎫⎛⎫-=++-++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭()()()()12121212121222m m m m m m m m m m m m ---=--=,当122m m -≤<<122m m >,此时()()12h m h m <,当120m m <<,则1202m m <<,此时()()12h m h m >, 所以,函数()h m在2,⎡-⎣上单调递增,在()上单调递减,则()(max 2h m h ==-因此,函数()f x 在,02π⎡⎫-⎪⎢⎣⎭上的值域为(,2-∞-. (2)解:因为,02x ⎡⎤∈-⎢⎥⎣⎦π,则,444x πππ⎡⎤+∈-⎢⎥⎣⎦,令[]sin cos 1,14t x x x π⎛⎫=+=+∈- ⎪⎝⎭,设()()222211a a t at a a f x p t at at -⎛⎫+ ⎪+-⎝⎭===--, ①若(){}0y y f x ∈=,必有210aa--≤≤,因为0a >,则2a ≥,当1a =时,即当1a =()110p t t t a =+==,可得1t =,合乎题意;当1a≠2a ≥且1a ≠()min 0p t =,合乎题意. 综上所述,2a ≥;②令[]11,1n at a a =-∈---,则1n t a+=, 则()()22121122n a a a a a a p t n n n a n ϕ⎡⎤+-⎛⎫+⎢⎥ ⎪⎝⎭⎡⎤+-⎢⎥⎣⎦==++=⎢⎥⎣⎦, 令()()20qs x x q x=++>,下面证明函数()s x在(上单调递减,在)+∞上为增函数,任取1x、(2x ∈且12x x <,则120x x -<,120x x q <<, 所以,()()()()()()121212121212121212220q x x x x x x q q qs x s x x x x x x x x x x x ---⎛⎫⎛⎫-=++-++=--=> ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,所以,()()12s x s x >,故函数()s x在(上单调递减, 同理可证函数()s x在)+∞上为增函数,在(,-∞上为增函数,在()上为减函数,因为12a <<,则()()2212121,2a a a +-=--+∈,且()()22121220a a a a a +---=->10a >->, 又()22212120a a a a +----=-<,1a ∴--<,101a a ∴--<<-由双勾函数的单调性可知,函数()n ϕ在1,a ⎡--⎣上为增函数,在()上为减函数,在(]0,1a -上为减函数,当[)1,0x a ∈--时,()((max 120n aϕϕ==-<, ()2101a a ϕ-=>-,()((22111a a a ϕϕ⎡⎤---=+⎢⎥⎣⎦- (())())()21142214210111a a a a a a a a a a +------=≥=>---,由双勾函数性质可得()()min 21f x a ϕ=-=,综上所述())min 21f x N a==.【点睛】关键点点睛:在求解本题第二问第2小问中,要通过不断地换元,将问题转化为双勾函数的最值,结合比较法可得出结果.27.(1)A ∪B ={x |x >0},A ∩B ={x |2<x <4}; (2){a |1<a ≤2}, 【解析】 【分析】(1)化简集合A ,B ,利用并集及交集的概念运算即得; (2)分a >1,0<a <1讨论,利用条件列出不等式即得. (1)∵A ={x |2x >4}={x |x >2},B ={x ||x -a |<2}={x |a -2<x <a +2}, ∴当a =2时,B ={x |0<x <4},所以A ∪B ={x | x >0},A ∩B ={x |2<x <4}; (2)当a >1时,C ={x |log ax <0}={x |0<x <1},因为C ⊆B ,所以2021a a -≤⎧⎨+≥⎩,解得-1≤ a ≤2,因为a >1,此时1<a ≤2,当0<a <1时,C ={x |log ax <0}={x |x >1},此时不满足C ⊆B , 综上,a 的取值范围为{a |1<a ≤2}. 28.(1)1;(2)72c --≤≤ 【解析】 【分析】(1)由给定条件可得-1,2是方程()2220ax a x +--=的根,且0a >,再借助韦达定理计算作答.(2)求出集合B ,按集合A 是空集和不是空集分类求解作答. (1)依题意,方程()2220ax a x +--=的解为-1,2,且0a >,于是得2122aa a -⎧=⎪⎪⎨-⎪=-⎪⎩,解得:1a =,所以1a =. (2)由(1)知,()(){}231210A x x c x c c =-++-<,而()1,2B =-,又A B ⊆,当A =∅时,()()2231811410c c c c c ∆=+--=++≤,解得77c --≤-+ 当A ≠∅时,2Δ1410311221(31)2(1)042(31)2(1)0c c c c c c c c c ⎧=++>⎪+⎪-<<⎪⎨⎪+++-≥⎪-++-≥⎪⎩,解得72c -+<≤综上得:72c --≤所以实数c的取值范围是72c --≤ 29.(1){23A B x x ⋂=-<≤或}9x =,A B R = (2)(){2R B A x x ⋂=≤-或}9x > 【解析】 【分析】(1)根据集合的交集和并集的定义即可求解; (2)先根据补集的定义求出B R,然后再由交集的定义即可求解.(1)解:因为{3A x x =≤或}9x ≥,{}29B x x =-<≤, 所以{23A B x x ⋂=-<≤或}9x =,A B R =;(2)解:因为全集为R ,{3A x x =≤或}9x ≥,{}29B x x =-<≤, 所以{2R B x x =≤-或}9x >, 所以(){2R B A x x ⋂=≤-或}9x >. 30.(1){|12}x x <<; (2)20,3⎛⎤ ⎥⎝⎦. 【解析】 【分析】(1)解一元二次不等式求集合A 、B ,应用集合的交运算求交集即可.(2)根据必要不充分关系有B A ≠⊂,即可求a 的范围. (1)由题设,{|12}A x x =-<<,当1a =时{|13}B x x =<<, 所以{|12}A B x x =<<; (2)由题设,{|3}B x a x a =<<,且{|12}A x x =-<<, 若p 是q 的必要不充分条件,则B A ≠⊂,又a 为正实数,即320a a ≤⎧⎨>⎩,解得203a <≤,故a 的取值范围为20,3⎛⎤⎥⎝⎦.。