备考2024高考一轮总复习数学人教a版第一章§1.1 集 合_第1页
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§1.1集合考试要求1.了解集合的含义,了解全集、空集的含义.2.理解元素与集合的属于关系,理解集合间的包含和相等关系.3.会求两个集合的并集、交集与补集.4.能用自然语言、图形语言、集合语言描述不同的具体问题,能使用Venn图表示集合间的基本关系和基本运算.知识梳理1.集合与元素(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,用符号∈或∉表示.(3)集合的表示法:列举法、描述法、图示法.(4)常见数集的记法集合非负整数集(或自然数集)正整数集整数集有理数集实数集符号NN*(或N+)ZQR2.集合的基本关系(1)子集: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,就称集合A为集合B的子集,记作A⊆B(或B⊇A).(2)真子集:如果集合A⊆B,但存在元素x∈B,且x∉A,就称集合A是集合B的真子集,记作AB(或BA).(3)相等:若A⊆B,且B⊆A,则A=B.(4)空集:不含任何元素的集合叫做空集,记为∅.空集是任何集合的子集,是任何非空集合的真子集.3.集合的基本运算表示运算集合语言图形语言记法并集{x|x∈A,或x∈B}A∪B交集{x|x∈A,且x∈B}A∩B补集{x|x∈U,且x∉A}∁UA常用结论1.若集合A有n(n≥1)个元素,则集合A有2n个子集,2n-1个真子集.2.A∩B=A⇔A⊆B,A∪B=A⇔B⊆A.思考辨析判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)(1)集合{x∈N|x3=x},用列举法表示为{-1,0,1}.(×)(2){x|y=x2+1}={y|y=x2+1}={(x,y)|y=x2+1}.(×)(3)若1∈{x2,x},则x=-1或x=1.(×)(4)对任意集合A,B,都有(A∩B)⊆(A∪B).(√)教材改编题1.(多选)若集合A={x∈N|2x+10>3x},则下列结论正确的是()A.2eq\r(2)∉A B.8⊆AC.{4}∈A D.{0}⊆A答案AD2.已知集合M={eq\r(a)+1,-2},N={b,2},若M=N,则a+b=________.答案-1解析∵M=N,∴eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\r(a)+1=2,,b=-2,))解得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a=1,,b=-2,))∴a+b=-1.3.已知全集U=R,集合A={x|1≤x≤3},B={x|x2≥4},则A∩B=____________,A∪(∁UB)=____________.答案{x|2≤x≤3}{x|-2<x≤3}解析∵全集U=R,集合A={x|1≤x≤3},B={x|x2≥4}={x|x≤-2或x≥2},∴∁UB={x|-2<x<2},∴A∩B={x|2≤x≤3},A∪(∁UB)={x|-2<x≤3}.题型一集合的含义与表示例1(1)(2020·全国Ⅲ)已知集合A={(x,y)|x,y∈N*,y≥x},B={(x,y)|x+y=8},则A∩B中元素的个数为()A.2B.3C.4D.6答案C解析A∩B={(x,y)|x+y=8,x,y∈N*,y≥x}={(1,7),(2,6),(3,5),(4,4)},共4个元素.(2)若集合A={a-3,2a-1,a2-4},且-3∈A,则实数a=________.答案0或1解析①当a-3=-3时,a=0,此时A={-3,-1,-4},②当2a-1=-3时,a=-1,此时A={-4,-3,-3}舍去,③当a2-4=-3时,a=±1,由②可知a=-1舍去,则当a=1时,A={-2,1,-3},综上,a=0或1.教师备选若集合A={x|kx2+x+1=0}中有且仅有一个元素,则实数k的取值集合是________.答案eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,4)))解析依题意知,方程kx2+x+1=0有且仅有一个实数根,∴k=0或eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(k≠0,,Δ=1-4k=0,))∴k=0或k=eq\f(1,4),∴k的取值集合为eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,4))).思维升华解决集合含义问题的关键有三点:一是确定构成集合的元素;二是确定元素的限制条件;三是根据元素的特征(满足的条件)构造关系式解决相应问题.跟踪训练1(1)已知集合A=eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x∈N\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(\f(4,x-2)∈Z)))),则集合A中的元素个数为()A.3 B.4C.5 D.6答案C解析∵eq\f(4,x-2)∈Z,∴x-2的取值有-4,-2,-1,1,2,4,∴x的值分别为-2,0,1,3,4,6,又x∈N,故x的值为0,1,3,4,6.故集合A中有5个元素.(2)已知a,b∈R,集合{1,a+b,a}=eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(0,\f(b,a),b)),则a2023+b2023=________.答案0解析∵{1,a+b,a}=eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(0,\f(b,a),b))且a≠0,∴a+b=0,∴a=-b,∴{1,0,-b}={0,-1,b},∴b=1,a=-1,∴a2023+b2023=0.题型二集合间的基本关系例2(1)设集合P={y|y=x2+1},M={x|y=x2+1},则集合M与集合P的关系是()A.M=P B.P∈MC.MP D.PM答案D解析因为P={y|y=x2+1}={y|y≥1},M={x|y=x2+1}=R,因此PM.(2)已知集合A={x|-3≤x≤4},B={x|2m-1≤x≤m+1},且B⊆A,则实数m的取值范围是________.答案[-1,+∞)解析∵B⊆A,①当B=∅时,2m-1>m+1,解得m>2;②当B≠∅时,eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2m-1≤m+1,,2m-1≥-3,,m+1≤4,))解得-1≤m≤2.综上,实数m的取值范围是[-1,+∞).延伸探究在本例(2)中,若把B⊆A改为BA,则实数m的取值范围是________.答案[-1,+∞)解析①当B=∅时,2m-1>m+1,∴m>2;②当B≠∅时,eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2m-1≤m+1,,2m-1≥-3,,m+1<4))或eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2m-1≤m+1,,2m-1>-3,,m+1≤4.))解得-1≤m≤2.综上,实数m的取值范围是[-1,+∞).教师备选已知M,N均为R的子集,若N∪(∁RM)=N,则()A.M⊆N B.N⊆MC.M⊆∁RN D.∁RN⊆M答案D解析由题意知,∁RM⊆N,其Venn图如图所示,∴只有∁RN⊆M正确.思维升华(1)空集是任何集合的子集,在涉及集合关系问题时,必须考虑空集的情况,否则易造成漏解.(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,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.跟踪训练2(1)已知集合A={x|x2-3x+2=0},B={x∈N|x2-6x<0},则满足AC⊆B的集合C的个数为()A.4 B.6C.7 D.8答案C解析∵A={1,2},B={1,2,3,4,5},且AC⊆B,∴集合C的所有可能为{1,2,3},{1,2,4},{1,2,5},{1,2,3,4},{1,2,3,5},{1,2,4,5},{1,2,3,4,5},共7个.(2)已知集合M={x|x2=1},N={x|ax-1=0},若M∩N=N,则实数a的值为________.答案0,±1解析∵M={-1,1},且M∩N=N,∴N⊆M.若N=∅,则a=0;若N≠∅,则N=eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\f(1,a))),∴eq\f(1,a)=1或eq\f(1,a)=-1,∴a=±1综上有a=±1或a=0.题型三集合的基本运算命题点1集合的运算例3(1)(2021·全国乙卷)已知集合S={s|s=2n+1,n∈Z},T={t|t=4n+1,n∈Z},则S∩T等于()A.∅B.SC.TD.Z答案C解析方法一在集合T中,令n=k(k∈Z),则t=4n+1=2(2k)+1(k∈Z),而集合S中,s=2n+1(n∈Z),所以必有T⊆S,所以T∩S=T.方法二S={…,-3,-1,1,3,5,…},T={…,-3,1,5,…},观察可知,T⊆S,所以T∩S=T.(2)(2022·济南模拟)集合A={x|x2-3x-4≥0},B={x|1<x<5},则集合(∁RA)∪B等于()A.[-1,5) B.(-1,5)C.(1,4] D.(1,4)答案B解析因为集合A={x|x2-3x-4≥0}={x|x≤-1或x≥4},又B={x|1<x<5},所以∁RA=(-1,4),则集合(∁RA)∪B=(-1,5).命题点2利用集合的运算求参数的值(范围)例4(1)(2022·厦门模拟)已知集合A={1,a},B={x|log2x<1},且A∩B有2个子集,则实数a的取值范围为()A.(-∞,0]B.(0,1)∪(1,2]C.[2,+∞)D.(-∞,0]∪[2,+∞)答案D解析由题意得,B={x|log2x<1}={x|0<x<2},∵A∩B有2个子集,∴A∩B中的元素个数为1;∵1∈(A∩B),∴a∉(A∩B),即a∉B,∴a≤0或a≥2,即实数a的取值范围为(-∞,0]∪[2,+∞).(2)已知集合A={x|3x2-2x-1≤0},B={x|2a<x<a+3},若A∩B=∅,则实数a的取值范围是()A.a<-eq\f(10,3)或a>eq\f(1,2)B.a≤-eq\f(10,3)或a≥eq\f(1,2)C.a<-eq\f(1,6)或a>2D.a≤-eq\f(1,6)或a≥2答案B解析A={x|3x2-2x-1≤0}=eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(-\f(1,3)≤x≤1)))),①B=∅,2a≥a+3⇒a≥3,符合题意;②B≠∅,eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a<3,,a+3≤-\f(1,3)))或eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a<3,,2a≥1,))解得a≤-eq\f(10,3)或eq\f(1,2)≤a<3.∴a的取值范围是a≤-eq\f(10,3)或a≥eq\f(1,2).教师备选(2022·铜陵模拟)已知A={x|x≤0或x≥3},B={x|x≤a-1或x≥a+1},若A∩(∁RB)≠∅,则实数a的取值范围是()A.1≤a≤2 B.1<a<2C.a≤1或a≥2 D.a<1或a>2答案D解析A={x|x≤0或x≥3},B={x|x≤a-1或x≥a+1},所以∁RB={x|a-1<x<a+1};又A∩(∁RB)≠∅,所以a-1<0或a+1>3,解得a<1或a>2,所以实数a的取值范围是a<1或a>2.思维升华对于集合的交、并、补运算,如果集合中的元素是离散的,可用Venn图表示;如果集合中的元素是连续的,可用数轴表示,此时要注意端点的情况.跟踪训练3(1)(2021·全国甲卷)设集合M={x|0<x<4},N=eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)≤x≤5)))),则M∩N等于()A.eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(0<x≤\f(1,3))))) B.eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)≤x<4))))C.{x|4≤x<5} D.{x|0<x≤5}答案B解析因为M={x|0<x<4},N=eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)≤x≤5)))),所以M∩N=eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(\f(1,3)≤x<4)))).(2)(2022·南通模拟)设集合A={1,a+6,a2},B={2a+1,a+b},若A∩B={4},则a=________,b=________.答案22解析由题意知,4∈A,所以a+6=4或a2=4,当a+6=4时,则a=-2,得A={1,4,4},故应舍去;当a2=4时,则a=2或a=-2(舍去),当a=2时,A={1,4,8},B={5,2+b},又4∈B,所以2+b=4,得b=2.所以a=2,b=2.题型四集合的新定义问题例5(1)已知集合A={x∈N|x2-2x-3≤0},B={1,3},定义集合A,B之间的运算“*”:A*B={x|x=x1+x2,x1∈A,x2∈B},则A*B中的所有元素数字之和为()A.15B.16C.20D.21答案D解析由x2-2x-3≤0,得(x+1)(x-3)≤0,得A={0,1,2,3}.因为A*B={x|x=x1+x2,x1∈A,x2∈B},所以A*B中的元素有0+1=1,0+3=3,1+1=2,1+3=4,2+1=3(舍去),2+3=5,3+1=4(舍去),3+3=6,所以A*B={1,2,3,4,5,6},所以A*B中的所有元素数字之和为21.(2)非空数集A如果满足:①0∉A;②若∀x∈A,有eq\f(1,x)∈A,则称A是“互倒集”.给出以下数集:①{x∈R|x2+ax+1=0};②{x|x2-6x+1≤0};③eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(y\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(y=\f(2,x),x∈[1,4])))),其中是“互倒集”的序号是________.答案②③解析①中,{x∈R|x2+ax+1=0},二次方程判别式Δ=a2-4,故-2<a<2时,方程无根,该数集是空集,不符合题意;②中,{x|x2-6x+1≤0},即{x|3-2eq\r(2)≤x≤3+2eq\r(2)},显然0∉A,又eq\f(1,3+2\r(2))≤eq\f(1,x)≤eq\f(1,3-2\r(2)),即3-2eq\r(2)≤eq\f(1,x)≤3+2eq\r(2),故eq\f(1,x)也在集合中,符合题意;③中,eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(y\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(y=\f(2,x),x∈[1,4])))),易得eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(y\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)≤y≤2)))),0∉A,又eq\f(1,2)≤eq\f(1,y)≤2,故eq\f(1,y)也在集合A中,符合题意.教师备选对于任意两集合A,B,定义A-B={x|x∈A且x∉B},A*B=(A-B)∪(B-A),记A={x|x≥0},B={x|-3≤x≤3},则A*B=____________.答案{x|-3≤x<0或x>3}解析∵A={x|x≥0},B={x|-3≤x≤3},∴A-B={x|x>3},B-A={x|-3≤x<0}.∴A*B={x|-3≤x<0或x>3}.思维升华解决集合新定义问题的关键解决新定义问题时,一定要读懂新定义的本质含义,紧扣题目所给定义,结合题目所给定义和要求进行恰当转化,切忌同已有概念或定义相混淆.跟踪训练4若集合A1,A2满足A1∪A2=A,则称(A1,A2)为集合A的一种分拆,并规定:当且仅当A1=A2时,(A1,A2)与(A2,A1)是集合A的同一种分拆.若集合A有三个元素,则集合A的不同分拆种数是________.答案27解析不妨令A={1,2,3},∵A1∪A2=A,当A1=∅时,A2={1,2,3},当A1={1}时,A2可为{2,3},{1,2,3}共2种,同理A1={2},{3}时,A2各有2种,当A1={1,2}时,A2可为{3},{1,3},{2,3},{1,2,3}共4种,同理A1={1,3},{2,3}时,A2各有4种,当A1={1,2,3}时,A2可为A1的子集,共8种,故共有1+2×3+4×3+8=27(种)不同的分拆.课时精练1.(2021·全国乙卷)已知全集U={1,2,3,4,5},集合M={1,2},集合N={3,4},则∁U(M∪N)等于()A.{5} B.{1,2}C.{3,4} D.{1,2,3,4}答案A解析方法一(先求并再求补)因为集合M={1,2},N={3,4},所以M∪N={1,2,3,4}.又全集U={1,2,3,4,5},所以∁U(M∪N)={5}.方法二(先转化再求解)因为∁U(M∪N)=(∁UM)∩(∁UN),∁UM={3,4,5},∁UN={1,2,5},所以∁U(M∪N)={3,4,5}∩{1,2,5}={5}.2.已知集合U=R,集合A={x|eq\r(x+3)>2},B={y|y=x2+2},则A∩(∁UB)等于()A.R B.(1,2]C.(1,2) D.[2,+∞)答案C解析A={x|eq\r(x+3)>2}=(1,+∞),B={y|y=x2+2}=[2,+∞),∴∁UB=(-∞,2),∴A∩(∁UB)=(1,2).3.已知集合M={1,2,3},N={(x,y)|x∈M,y∈M,x+y∈M},则集合N中的元素个数为()A.2B.3C.8D.9答案B解析由题意知,集合N={(1,1),(1,2),(2,1)},所以集合N的元素个数为3.4.(2022·青岛模拟)已知集合A={a1,a2,a3}的所有非空真子集的元素之和等于9,则a1+a2+a3等于()A.1 B.2C.3 D.6答案C解析集合A={a1,a2,a3}的所有非空真子集为{a1},{a2},{a3},{a1,a2},{a1,a3},{a2,a3},则所有非空真子集的元素之和为a1+a2+a3+a1+a2+a1+a3+a2+a3=3(a1+a2+a3)=9,所以a1+a2+a3=3.5.(2022·浙江名校联考)已知集合A={x|x2-4≤0},B={x|2x+a≤0},若A∪B=B,则实数a的取值范围是()A.a<-2 B.a≤-2C.a>-4 D.a≤-4答案D解析集合A={x|-2≤x≤2},B=eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(x\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(x≤-\f(a,2))))),由A∪B=B可得A⊆B,作出数轴如图.可知-eq\f(a,2)≥2,即a≤-4.6.(多选)已知集合P={(x,y)|x+y=1},Q={(x,y)|x2+y2=1},则下列说法正确的是()A.P∪Q=RB.P∩Q={(1,0),(0,1)}C.P∩Q={(x,y)|x=0或1,y=0或1}D.P∩Q的真子集有3个答案BD解析联立eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x+y=1,,x2+y2=1,))解得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=1,,y=0))或eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x=0,,y=1,))∴P∩Q={(1,0),(0,1)},故B正确,C错误;又P,Q为点集,∴A错误;又P∩Q有两个元素,∴P∩Q有3个真子集,∴D正确.7.(多选)(2022·重庆北碚区模拟)已知全集U={x∈N|log2x<3},A={1,2,3},∁U(A∩B)={1,2,4,5,6,7},则集合B可能为()A.{2,3,4} B.{3,4,5}C.{4,5,6} D.{3,5,6}答案BD解析由log2x<3得0<x<23,即0<x<8,于是得全集U={1,2,3,4,5,6,7},因为∁U(A∩B)={1,2,4,5,6,7},则有A∩B={3},3∈B,C不正确;对于A选项,若B={2,3,4},则A∩B={2,3},∁U(A∩B)={1,4,5,6,7},矛盾,A不正确;对于B选项,若B={3,4,5},则A∩B={3},∁U(A∩B)={1,2,4,5,6,7},B正确;对于D选项,若B={3,5,6},则A∩B={3},∁U(A∩B)={1,2,4,5,6,7},D正确.8.(多选)已知全集U的两个非空真子集A,B满足(∁UA)∪B=B,则下列关系一定正确的是()A.A∩B=∅ B.A∩B=BC.A∪B=U D.(∁UB)∪A=A答案CD解析令U={1,2,3,4},A={2,3,4},B={1,2},满足(∁UA)∪B=B,但A∩B≠∅,A∩B≠B,故A,B均不正确;由(∁UA)∪B=B,知∁UA⊆B,∴U=A∪(∁UA)⊆(A∪B),∴A∪B=U,由∁UA⊆B,知∁UB⊆A,∴(∁UB)∪A=A,故C,D均正确.9.设U={0,1,2,3},A={x∈U|x2+mx=0},若∁UA={1,2},则实数m=________.答案-3解析由题意可知,A={x∈U|x2+mx=0}={0,3},即0,3为方程x2+mx=0的两个根,所以m=-3.10.(2022·石家庄模拟)已知全集U=R,集合M={x∈Z||x-1|<3},N={-4,-2,0,1,5},则下列Venn图中阴影部分的集合为________.答案{-1,2,3}解析集合M={x∈Z||x-1|<3}={x∈Z|-3<x-1<3}={x∈Z|-2<x<4}={-1,0,1,2,3},Venn图中阴影部分表示的集合是M∩(∁RN)={-1,2,3}.11.已知集合A={m2,-2},B={m,m-3},若A∩B={-2},则A∪B=________.答案{-5,-2,4}解析∵A∩B={-2},∴-2∈B,若m=-2,则A={4,-2},B={-2,-5},∴A∩B={-2},A∪B={-5,-2,4};若m-3=-2,则m=1,∴A={1,-2},B={1,-2},∴A∩B={1,-2}(舍去),综上,有A∪B={-5,-2,4}.12.已知集合A={x|y=lg(a-x)},B={x|1<x<2},且(∁RB)∪A=R,则实数a的取值范围是________.答案[2,+∞)解析由已知可得A=(-∞,a),∁RB=(-∞,1]∪[2,+∞),∵(∁RB)∪A=R,∴a≥2.13.若x∈A,则eq\f(1,x)∈A,就称A是“伙伴关系”集合,集合M=eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(-1,0,\f(1,3),\f(1,2),1,2,3,4))的所有非空子集中,具有“伙伴关系”的集合的个数为()A.15 B.16C.32 D.256答案A解析由题意知,满足“伙伴关系”的集合由以下元素构成:-1,1,eq\f(1,2),2,eq\f(1,3),3,其中eq

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