专题二集合与常用逻辑用语、不等式、函数与导数第一讲集合与常用逻辑用语1.集合的概念、运算(1)集合元素的三个特性:确定性、互异性、无序性,是判断某些对象能否构成一个集合或判断两集合是否相等的依据.(2)集合的表示方法:列举法、描述法、图示法.(3)集合间的关系:子集、真子集、空集、集合相等,在集合间的运算中要注意空集的情形.(4)重要结论A∩B=A⇔A⊆B;A∪B=A⇔B⊆A.2.命题(1)两个命题互为逆否命题,它们有相同的真假性;(2)含有量词的命题的否定:∀x∈M,p(x)的否定是∃x∈M,綈p(x);∃x∈M,p(x)的否定是∀x∈M,綈p(x).3.充要条件从逻辑观点看从集合观点看p是q的充分不必要条件(p⇒q,q⇒p)A Bp是q的必要不充分条件(q⇒p,p⇒q)B Ap是q的充要条件(p⇔q)A=Bp是q的既不充分也不必要条件(p⇒q,q⇒p)A与B互不包含1.(2013·辽宁)已知集合A={x|0<log4x<1},B={x|x≤2},则A∩B等于() A.(0,1) B.(0,2] C.(1,2) D.(1,2]答案 D解析A={x|1<x<4},B={x|x≤2},∴A∩B={x|1<x≤2}.2.(2013·北京)“φ=π”是“曲线y=sin(2x+φ)过坐标原点”的( )A .充分而不必要条件B .必要而不充分条件C .充分必要条件D .既不充分也不必要条件答案 A解析 当φ=π时,y =sin(2x +φ)=-sin 2x 过原点.当曲线过原点时,φ=k π,k ∈Z ,不一定有φ=π.∴“φ=π”是“曲线y =sin(2x +φ)过原点”的充分不必要条件.3. (2013·四川)设x ∈Z ,集合A 是奇数集,集合B 是偶数集.若命题p :∀x ∈A,2x ∈B ,则( )A .綈p :∀x ∈A,2x ∈B B .綈p :∀x ∉A,2x ∉BC .綈p :∃x ∉A,2x ∈BD .綈p :∃x ∈A,2x ∉B答案 D解析 命题p :∀x ∈A,2x ∈B 是一个全称命题,其命题的否定綈p 应为∃x ∈A,2x ∉B ,选D. 4. (2013·天津)已知下列三个命题:①若一个球的半径缩小到原来的12,则其体积缩小到原来的18;②若两组数据的平均数相等,则它们的标准差也相等; ③直线x +y +1=0与圆x 2+y 2=12相切.其中真命题的序号是( )A .①②③B .①②C .①③D .②③答案 C解析 对于命题①,设球的半径为R ,则43π⎝⎛⎭⎫R 23=18·43πR 3,故体积缩小到原来的18,命题正确;对于命题②,若两组数据的平均数相同,则它们的标准差不一定相同,例如数据1,3,5和3,3,3的平均数相同,但标准差不同,命题不正确;对于命题③,圆x 2+y 2=12的圆心(0,0)到直线x +y +1=0的距离d =12=22,等于圆的半径,所以直线与圆相切,命题正确.5. (2013·四川)设P 1,P 2,…,P n 为平面α内的n 个点,在平面α内的所有点中,若点P 到点P 1,P 2,…,P n 的距离之和最小,则称点P 为点P 1,P 2,…,P n 的一个“中位点”.例如,线段AB 上的任意点都是端点A 、B 的中位点.现有下列命题: ①若三个点A ,B ,C 共线,C 在线段AB 上,则C 是A ,B ,C 的中位点; ②直角三角形斜边的中点是该直角三角形三个顶点的中位点; ③若四个点A ,B ,C ,D 共线,则它们的中位点存在且唯一; ④梯形对角线的交点是该梯形四个顶点的唯一中位点. 其中的真命题是________.(写出所有真命题的序号)答案①④解析∵|CA|+|CB|≥|AB|,当且仅当点C在线段AB上等号成立,即三个点A,B,C,∴点C在线段AB上,∴点C是A,B,C的中位点,故①是真命题.如图(1),在Rt△ABC中,∠C=90°,P是AB的中点,CH⊥AB,点P,H不重合,则|PC|>|HC|.又|HA|+|HB|=|P A|+|PB|=|AB|,∴|HA|+|HB|+|HC|<|P A|+|PB|+|PC|,∴点P不是点A,B,C的中位点,故②是假命题.如图(2),A,B,C,D是数轴上的四个点,若P点在线段BC上,则|P A|+|PB|+|PC|+|PD|=|AD|+|BC|,由中位点的定义及①可知,点P是点A,B,C,D的中位点.显然点P 有无数个,故③是假命题.如图(3),由①可知,若点P是点A,C的中位点,则点P在线段AC上,若点P是点B,D的中位点,则点P在线段BD上,∴若点P是点A,B,C,D的中位点,则P是AC,BD的交点,∴梯形对角线的交点是梯形四个顶点的唯一中位点,故④是真命题.题型一集合的概念与运算问题例1(1)(2012·湖北)已知集合A={x|x2-3x+2=0,x∈R},B={x|0<x<5,x∈N},则满足条件A⊆C⊆B的集合C的个数为() A.1 B.2 C.3 D.4(2)定义A-B={x|x∈A且x∉B},若M={1,2,3,4,5},N={2,3,6},则N-M等于()A.M B.N C.{1,4,5} D.{6}审题破题(1)先对集合A、B进行化简,注意B中元素的性质,然后根据子集的定义列举全部适合条件的集合C即可.(2)透彻理解A-B的定义是解答本题的关键,要和补集区别开来.答案(1)D(2)D解析(1)由x2-3x+2=0得x=1或x=2,∴A={1,2}.由题意知B={1,2,3,4},∴满足条件的C可为{1,2},{1,2,3},{1,2,4},{1,2,3,4}.(2)N -M ={x |x ∈N 且x ∉M }. ∵2∈N 且2∈M ,∴2∉N -M ; 3∈N 且3∈M ,∴3∉N -M ; 6∈N 且6∉M ,∴6∈N -M . ∴故N -M ={6}.反思归纳 (1)解答集合间关系与运算问题的一般步骤:先正确理解各个集合的含义,认清集合元素的属性;再依据元素的不同属性采用不同的方法对集合进行化简求解. (2)两点提醒:①要注意集合中元素的互异性;②当B ⊆A 时,应注意讨论B 是否为∅.变式训练1 (2013·玉溪毕业班复习检测)若集合S ={x |log 2(x +1)>0},T =⎩⎨⎧⎭⎬⎫x |2-x 2+x <0,则S ∩T 等于( )A .(-1,2)B .(0,2)C .(-1,+∞)D .(2,+∞)答案 D解析 S ={x |x +1>1}={x |x >0}, T ={x |x >2或x <-2}. ∴S ∩T ={x |x >2}. 题型二 命题的真假与否定问题 例2 下列叙述正确的个数是( )①l 为直线,α、β为两个不重合的平面,若l ⊥β,α⊥β,则l ∥α;②若命题p :∃x 0∈R ,x 20-x 0+1≤0,则綈p :∀x ∈R ,x 2-x +1>0;③在△ABC 中,“∠A =60°”是“cos A =12”的充要条件;④若向量a ,b 满足a ·b <0,则a 与b 的夹角为钝角. A .1 B .2 C .3 D .4审题破题 判定叙述是否正确,对命题首先要分清命题的条件与结论,再结合涉及知识进行判定;对含量词的命题的否定,要改变其中的量词和判断词. 答案 B解析 对于①,直线l 不一定在平面α外,错误;对于②,命题p 是特称命题,否定时要写成全称命题并改变判断词,正确;③注意到△ABC 中条件,正确;④a ·b <0可能〈a ,b 〉=π,错误.故叙述正确的个数为2. 反思归纳 (1)命题真假的判定方法:①一般命题p 的真假由涉及到的相关知识辨别;②四种命题的真假的判断根据:一个命题和它的逆否命题同真假,而与它的其他两个命题的真假无此规律;③形如p ∨q ,p ∧q ,綈p 命题的真假根据真值表判定.(2)区分命题的否定和否命题;含一个量词的命题的否定一定要改变量词. 变式训练2 给出下列命题:①∀x ∈R ,不等式x 2+2x >4x -3均成立; ②若log 2x +log x 2≥2,则x >1;③“若a >b >0且c <0,则c a >cb”的逆否命题;④若命题p :∀x ∈R ,x 2+1≥1,命题q :∃x ∈R ,x 2-x -1≤0,则命题p ∧綈q 是真命题.其中真命题只有( )A .①②③B .①②④C .①③④D .②③④答案 A解析 ①中不等式可表示为(x -1)2+2>0,恒成立;②中不等式可变为log 2x +1log 2x≥2,得x >1;③中由a >b >0,得1a <1b,而c <0,所以原命题是真命题,则它的逆否命题也为真;④中綈q :∀x ∈R ,x 2-x -1>0,由于x 2-x -1=⎝⎛⎭⎫x -122-54,则存在x 值使x 2-x -1≤0,故綈q 为假命题,则p ∧綈q 为假命题. 题型三 充要条件的判断问题例3 (1)甲:x ≠2或y ≠3;乙:x +y ≠5,则( )A .甲是乙的充分不必要条件B .甲是乙的必要不充分条件C .甲是乙的充要条件D .甲既不是乙的充分条件,也不是乙的必要条件(2)设命题p :|4x -3|≤1;命题q :x 2-(2a +1)x +a (a +1)≤0,若綈p 是綈q 的必要不充分条件,则实数a 的取值范围是( )A.⎣⎡⎦⎤0,12 B.⎝⎛⎭⎫0,12 C .(-∞,0)∪⎣⎡⎭⎫12,+∞ D .(-∞,0)∪⎝⎛⎭⎫12,+∞ 审题破题 (1)利用逆否命题判别甲、乙的关系;(2)转化为两个集合间的包含关系,利用数轴解决. 答案 (1)B (2)A解析 (1)“甲⇒乙”,即“x ≠2或y ≠3”⇒“x +y ≠5”,其逆否命题为:“x +y =5”⇒“x =2且y =3”显然不正确.同理,可判断命题“乙⇒甲”为真命题.所以甲是乙的必要不充分条件.(2)綈p :|4x -3|>1;綈q :x 2-(2a +1)x +a (a +1)>0,解得綈p :x >1或x <12;綈q :x >a +1或x <a .若綈p ⇐綈q ,则⎩⎪⎨⎪⎧ a ≤12a +1>1或⎩⎪⎨⎪⎧a <12a +1≥1,即0≤a ≤12.反思归纳 (1)充要条件判断的三种方法:定义法、集合法、等价命题法;(2)判断充分、必要条件时应注意的问题:①要弄清先后顺序:“A 的充分不必要条件是B ”是指B 能推出A ,且A 不能推出B ;而“A 是B 的充分不必要条件”则是指A 能推出B ,且B 不能推出A ;②要善于举出反例:如果从正面判断或证明一个命题的正确或错误不易进行时,可以通过举出恰当的反例来说明.变式训练3 (1)(2012·山东)设a >0且a ≠1,则“函数f (x )=a x 在R 上是减函数”是“函数g (x )=(2-a )x 3在R 上是增函数”的( )A .充分不必要条件B .必要不充分条件C .充分必要条件D .既不充分也不必要条件答案 A解析 由题意知函数f (x )=a x 在R 上是减函数等价于0<a <1,函数g (x )=(2-a )x 3在R 上是增函数等价于0<a <1或1<a <2,∴“函数f (x )=a x 在R 上是减函数”是“函数g (x )=(2-a )x 3在R 上是增函数”的充分不必要条件. (2)设A ={x |xx -1<0},B ={x |0<x <m },若B 是A 成立的必要不充分条件,则m 的取值范围是( )A .m <1B .m ≤1C .m ≥1D .m >1答案 D解析 xx -1<0⇔0<x <1.由已知得,0<x <m ⇒0<x <1, 但0<x <1⇒0<x <m 成立. ∴m >1.典例 设非空集合S ={x |m ≤x ≤l }满足:当x ∈S 时,有x 2∈S .给出如下三个命题:①若m =1,则S ={1};②若m =-12,则14≤l ≤1;③若l =12,则-22≤m ≤0.其中正确命题的个数是( )A .0B .1C .2D .3解析 ①m =1时,l ≥m =1且x 2≥1, ∴l =1,故①正确.②m =-12时,m 2=14,故l ≥14.又l ≤1,∴②正确.③l =12时,m 2≤12且m ≤0,则-22≤m ≤0,∴③正确. 答案 D得分技巧 创新性试题中最常见的是以新定义的方式给出试题,这类试题要求在新的情境中使用已知的数学知识分析解决问题,解决这类试题的关键是透彻理解新定义,抓住新定义的本质,判断给出的各个结论,适当的时候可以通过反例推翻其中的结论. 阅卷老师提醒 在给出的几个命题中要求找出其中正确命题类的试题实际上就是一个多项选择题,解答这类试题时要对各个命题反复进行推敲,确定可能正确的要进行严格的证明,确定可能错误的要举出反例,这样才能有效避免答错试题.1. 已知集合A ={x |x 2+x -2=0},B ={x |ax =1},若A ∩B =B ,则a 等于( )A .-12或1 B .2或-1C .-2或1或0D .-12或1或0答案 D解析 依题意可得A ∩B =B ⇔B ⊆A . 因为集合A ={x |x 2+x -2=0}={-2,1},当x =-2时,-2a =1,解得a =-12;当x =1时,a =1;又因为B 是空集时也符合题意,这时a =0,故选D.2. (2013·浙江)已知函数f (x )=A cos(ωx +φ)(A >0,ω>0,φ∈R ),则“f (x )是奇函数”是“φ= π2”的 ( )A .充分不必要条件B .必要不充分条件C .充分必要条件D .既不充分也不必要条件答案 B解析 φ=π2⇒f (x )=A cos ⎝⎛⎭⎫ωx +π2=-A sin ωx 为奇函数,∴“f (x )是奇函数”是“φ=π2”的必要条件.又f (x )=A cos(ωx +φ)是奇函数⇒f (0)=0⇒φ=π2+k π(k ∈Z )⇒φ=π2.∴“f (x )是奇函数”不是“φ=π2”的充分条件.3. (2012·辽宁)已知命题p :∀x 1,x 2∈R ,(f (x 2)-f (x 1))·(x 2-x 1)≥0,则綈p 是( )A .∃x 1,x 2∈R ,(f (x 2)-f (x 1))(x 2-x 1)≤0B .∀x 1,x 2∈R ,(f (x 2)-f (x 1))(x 2-x 1)≤0C .∃x 1,x 2∈R ,(f (x 2)-f (x 1))(x 2-x 1)<0D .∀x 1,x 2∈R ,(f (x 2)-f (x 1))(x 2-x 1)<0 答案 C解析 根据全称命题的否定是特称命题知. 綈p :∃x 1,x 2∈R ,(f (x 2)-f (x 1))(x 2-x 1)<0.4. 已知集合P ={x |x 2≤1},M ={a }.若P ∪M =P ,则a 的取值范围为( ) A .(-∞,-1] B .[1,+∞)C .[-1,1]D .(-∞,-1]∪[1,+∞)答案 C解析 由P ={x |x 2≤1}得P ={x |-1≤x ≤1}. 由P ∪M =P 得M ⊆P .又M ={a },∴-1≤a ≤1. 5. 下列命题中错误的是( )A .命题“若x 2-5x +6=0,则x =2”的逆否命题是“若x ≠2,则x 2-5x +6≠0”B .若x ,y ∈R ,则“x =y ”是“xy ≤⎝⎛⎭⎫x +y 22中等号成立”的充要条件 C .已知命题p 和q ,若p ∨q 为假命题,则命题p 与q 中必一真一假 D .对命题p :∃x ∈R ,使得x 2+x +1<0,则綈p :∀x ∈R ,x 2+x +1≥0 答案 C解析 易知选项A ,B ,D 都正确;选项C 中,若p ∨q 为假命题,根据真值表,可知p ,q 必都为假,故C 错.专题限时规范训练一、选择题1. (2013·陕西)设全集为R ,函数f (x )=1-x 2的定义域为M ,则∁R M 为( )A .[-1,1]B .(-1,1)C .(-∞,-1]∪[1,+∞)D .(-∞,-1)∪(1,+∞) 答案 D解析 由题意得M =[-1,1],则∁R M =(-∞,-1)∪(1,+∞).2. (2013·山东)给定两个命题p ,q .若綈p 是q 的必要而不充分条件,则p 是綈q 的( )A .充分而不必要条件B .必要而不充分条件C .充要条件D .既不充分也不必要条件答案 A解析 由题意知:綈p ⇐q ⇔(逆否命题)p ⇒綈q .3. (2012·湖南)命题“若α=π4,则tan α=1”的逆否命题是( )A .若α≠π4,则tan α≠1B .若α=π4,则tan α ≠1C .若tan α≠1,则α≠π4D .若tan α≠1,则α=π4答案 C解析 由命题与其逆否命题之间的关系可知,原命题的逆否命题是:若tan α≠1,则α≠π4.4. (2012·湖北)命题“∃x 0∈∁R Q ,x 30∈Q ”的否定是( )A .∃x 0D ∈∁R Q ,x 30∈QB .∃x 0∈∁R Q ,x 30D ∈C .∀xD ∈∁R Q ,x 3∈Q D .∀x ∈∁R Q ,x 3D ∈Q 答案 D解析 “∃”的否定是“∀”,x 3∈Q 的否定是x 3D ∈Q .命题“∃x 0∈∁R Q ,x 30∈Q ”的否定是“∀x ∈∁R Q ,x 3D ∈Q ”.5. 设集合A ={x ∈R |x -2>0},B ={x ∈R |x <0},C ={x ∈R |x (x -2)>0},则“x ∈A ∪B ”是“x ∈C ”的( )A .充分而不必要条件B .必要而不充分条件C .充分必要条件D .既不充分也不必要条件答案 C解析 A ={x |x -2>0}={x |x >2}=(2,+∞),B ={x |x <0}=(-∞,0),∴A ∪B =(-∞,0)∪(2,+∞),C ={x |x (x -2)>0}={x |x <0或x >2}=(-∞,0)∪(2,+∞).A ∪B =C .∴“x ∈A ∪B ”是“x ∈C ”的充要条件. 6. 下列关于命题的说法中错误的是( )A .对于命题p :∃x ∈R ,使得x 2+x +1<0,则綈p :∀x ∈R ,均有x 2+x +1≥0B .“x =1”是“x 2-3x +2=0”的充分不必要条件C .命题“若x 2-3x +2=0,则x =1”的逆否命题为:“若x ≠1,则x 2-3x +2≠0”D .若p ∧q 为假命题,则p ,q 均为假命题 答案 D解析 对于A ,命题綈p :∀x ∈R ,均有x 2+x +1≥0,因此选项A 正确.对于B ,由x =1可得x 2-3x +2=0;反过来,由x 2-3x +2=0不能得知x =1,此时x 的值可能是2,因此“x =1”是“x 2-3x +2=0”的充分不必要条件,选项B 正确.对于C ,原命题的逆否命题是:“若x ≠1,则x 2-3x +2≠0”,因此选项C 正确.7. 已知p :2xx -1<1,q :(x -a )(x -3)>0,若綈p 是綈q 的必要不充分条件,则实数a 的取值范围是( )A .(-∞,1)B .[1,3]C .[1,+∞)D .[3,+∞)答案 C解析 2xx -1-1<0⇒x +1x -1<0⇒(x -1)(x +1)<0⇒p :-1<x <1.当a ≥3时,q :x <3或x >a ;当a <3时,q :x <a 或x >3.綈p 是綈q 的必要不充分条件,即p 是q 的充分不必要条件,即p ⇒q 且q ⇒,从而可推出a 的取值范围是a ≥1. 8. 下列命题中是假命题的是( )A .存在α,β∈R ,使tan(α+β)=tan α+tan βB .对任意x >0,有lg 2x +lg x +1>0C .△ABC 中,A >B 的充要条件是sin A >sin BD .对任意φ∈R ,函数y =sin(2x +φ)都不是偶函数 答案 D解析 对于A ,当α=β=0时,tan(α+β)=0=tan α+tan β,因此选项A 是真命题;对于B ,注意到lg 2x +lg x +1=⎝⎛⎭⎫lg x +122+34≥34>0,因此选项B 是真命题;对于C ,在△ABC 中,由A >B ⇔a >b ⇔2R sin A >2R sin B ⇔sin A >sin B (其中R 是△ABC 的外接圆半径),因此选项C 是真命题;对于D ,注意到当φ=π2时,y =sin(2x +φ)=cos 2x 是偶函数,因此选项D 是假命题.综上所述,选D. 二、填空题9. 已知集合A ={x ∈R ||x -1|<2},Z 为整数集,则集合A ∩Z 中所有元素的和等于________.答案 3解析 A ={x ∈R ||x -1|<2}={x ∈R |-1<x <3}, 集合A 中包含的整数有0,1,2,故A ∩Z ={0,1,2}. 故A ∩Z 中所有元素之和为0+1+2=3.10.设集合M ={y |y -m ≤0},N ={y |y =2x -1,x ∈R },若M ∩N ≠∅,则实数m 的取值范围是________.答案 (-1,+∞)解析 M ={y |y ≤m },N ={y |y >-1},结合数轴易知m >-1.11. 已知命题p :“∀x ∈[1,2],12x 2-ln x -a ≥0”是真命题,则实数a 的取值范围是________. 答案 ⎝⎛⎦⎤-∞,12 解析 命题p :a ≤12x 2-ln x 在[1,2]上恒成立,令f (x )=12x 2-ln x ,f ′(x )=x -1x=(x -1)(x +1)x ,当1<x <2时,f ′(x )>0,∴f (x )min =f (1)=12,∴a ≤12. 12.给出下列命题:①“数列{a n }为等比数列”是“数列{a n a n +1}为等比数列”的充分不必要条件;②“a =2”是“函数f (x )=|x -a |在区间[2,+∞)上为增函数”的充要条件;③“m =3”是“直线(m +3)x +my -2=0与直线mx -6y +5=0互相垂直”的充要条件; ④设a ,b ,c 分别是△ABC 三个内角A ,B ,C 所对的边,若a =1,b =3,则“A =30°”是“B =60°”的必要不充分条件.其中真命题的序号是________.(写出所有真命题的序号)答案 ①④解析 对于①,当数列{a n }是等比数列时,易知数列{a n a n +1}是等比数列;但当数列 {a n a n +1}是等比数列时,数列{a n }未必是等比数列,如数列1,3,2,6,4,12,8显然不是等比数列,而相应的数列3,6,12,24,48,96是等比数列,因此①正确.对于②,当a ≤2时,函数f (x )=|x -a |在区间[2,+∞)上是增函数,因此②不正确.对于③,当m =3时,相应的两条直线垂直;反过来,当这两条直线垂直时,不一定能得出m =3,也可能得出m =0,因此③不正确.对于④,由题意,得b a =sin B sin A =3,当B =60°时,有sin A =12,注意到b >a ,故A =30°;但当A =30°时,有sin B =32,B =60°或B =120°,因此④正确. 三、解答题13.已知函数f (x )= 6x +1-1的定义域为集合A ,函数g (x )=lg(-x 2+2x +m )的定义域为集合B .(1)当m =3时,求A ∩(∁R B );(2)若A ∩B ={x |-1<x <4},求实数m 的值.解 A ={x |-1<x ≤5},(1)当m =3时,B ={x |-1<x <3},则∁R B ={x |x ≤-1或x ≥3},∴A ∩(∁R B )={x |3≤x ≤5}.(2)∵A ={x |-1<x ≤5},A ∩B ={x |-1<x <4},故4是方程-x 2+2x +m =0的一个根,∴有-42+2×4+m =0,解得m =8.此时B ={x |-2<x <4},符合题意.因此实数m 的值为8.14.设集合A ={x |-2-a <x <a ,a >0},命题p :1∈A ,命题q :2∈A .若p ∨q 为真命题,p ∧q为假命题,求a 的取值范围.解 由命题p :1∈A ,得⎩⎨⎧ -2-a <1,a >1.解得a >1. 由命题q :2∈A ,得⎩⎨⎧-2-a <2,a >2.解得a >2. 又∵p ∨q 为真命题,p ∧q 为假命题,即p 真q 假或p 假q 真, 当p 真q 假时,⎩⎪⎨⎪⎧ a >1,a ≤2,即1<a ≤2, 当p 假q 真时,⎩⎪⎨⎪⎧ a ≤1,a >2,无解. 故所求a 的取值范围为(1,2].。