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- 2021-06-21 发布
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1.1.2 集合间的基本关系
[学习目标] 1.掌握两个集合之间的包含关系和相等关系,并能正确判断.2.了解Venn图的含义,会用Venn图表示两个集合间的关系.3.了解空集的含义及其性质.
[知识链接]
1.已知任意两个实数a,b,如果满足a≥b,b≥a,则它们的大小关系是a=b.
2.若实数x满足x>1,如何在数轴上表示呢? x≥1时呢?
3.方程ax2-(a+1)x+1=0的根一定有两个吗?
[预习导引]
1.Venn图
(1)定义:在数学中,经常用平面上封闭曲线的内部代表集合,这种图称为Venn图,这种表示集合的方法叫做图示法.
(2)适用范围:元素个数较少的集合.
(3)使用方法:把元素写在封闭曲线的内部.
2.子集的概念
文字语言
符号语言
图形语言
集合A中任意一个元素都是集合B中的元素,就说这两个集合有包含关系,称集合A是集合B的子集
A⊆B(或
B⊇A)
3.集合相等与真子集的概念
定义
符号表示
图形表示
集合
相等
如果A⊆B且B⊆A,就说集合A与B相等
A=B
真子
集
如果集合A⊆B,但存在元素x∈B,且x∉A,称集合A是B的真子集
AB(或
BA)
4.空集
(1)定义:不含任何元素的集合叫做空集.
(2)用符号表示为:∅.
(3)规定:空集是任何集合的子集.
5.子集的有关性质
(1)任何一个集合是它本身的子集,即A⊆A.
(2)对于集合A,B,C,如果A⊆B,且B⊆C,那么A⊆C.
要点一 有限集合的子集确定问题
例1 写出集合A={1,2,3}的所有子集和真子集.
解 由0个元素构成的子集:∅;
由1个元素构成的子集:{1},{2},{3};
由2个元素构成的子集:{1,2},{1,3},{2,3};
由3个元素构成的子集:{1,2,3}.
由此得集合A的所有子集为∅,{1},{2},{3},{1,2},{1,3},{2,3},{1,2,3}.
在上述子集中,除去集合A本身,即{1,2,3},剩下的都是A的真子集.
规律方法 1.求解有限集合的子集问题,关键有三点:
(1)确定所求集合;
(2)合理分类,按照子集所含元素的个数依次写出;
(3)注意两个特殊的集合,即空集和集合本身.
2.一般地,若集合A中有n个元素,则其子集有2n个,真子集有2n-1个,非空真子集有2n-2个.
跟踪演练1 已知集合M满足{2,3}⊆M⊆{1,2,3,4,5},求集合M及其个数.
解 当M中含有两个元素时,M为{2,3};
当M中含有三个元素时,M为{2,3,1},{2,3,4},{2,3,5};
当M中含有四个元素时,M为{2,3,1,4},{2,3,1,5},{2,3,4,5};
当M中含有五个元素时,M为{2,3,1,4,5};
所以满足条件的集合M为{2,3},{2,3,1},{2,3,4},{2,3,5},{2,3,1,4},{2,3,1,5},{2,3,4,5},{2,3,1,4,5},集合M的个数为8.
要点二 集合间关系的判定
例2 指出下列各对集合之间的关系:
(1)A={-1,1},B={(-1,-1),(-1,1),(1,-1),(1,1)};
(2)A={x|x是等边三角形},B={x|x是等腰三角形};
(3)A={x|-1<x<4},B={x|x-5<0};
(4)M={x|x=2n-1,n∈N*},N={x|x=2n+1,n∈N*}.
解 (1)集合A的代表元素是数,集合B的代表元素是有序实数对,故A与B之间无包含关系.
(2)等边三角形是三边相等的三角形,等腰三角形是两边相等的三角形,故AB.
(3)集合B={x|x<5},用数轴表示集合A,B如图所示,由图可知AB.
(4)由列举法知M={1,3,5,7,…},N={3,5,7,9,…},故NM.
规律方法 对于连续实数组成的集合,通常用数轴来表示,这也属于集合表示的一种图示法.注意在数轴上,若端点值是集合的元素,则用实心点表示;若端点值不是集合的元素,则用空心点表示.
跟踪演练2 集合A={x|x2+x-6=0},B={x|2x+7>0},试判断集合A和B的关系.
解 A={-3,2},B=.
∵-3>-,2>-,
∴-3∈B,2∈B∴A⊆B
又0∈B,但0∉A,∴AB.
要点三 由集合间的关系求参数范围问题
例3 已知集合A={x|-3≤x≤4},B={x|2m-1<x<m+1},且B⊆A,求实数m的取值范围.
解 ∵B⊆A,
(1)当B=∅时,m+1≤2m-1,解得m≥2.
(2)当B≠∅时,有
解得-1≤m<2,综上得{m|m≥-1}.
规律方法 1.(1)分析集合间的关系时,首先要分析、简化每个集合.(2)利用数轴分析法,将各个集合在数轴上表示出来,以形定数,还要注意验证端点值,做到准确无误.
2.涉及字母参数的集合关系时,注意数形结合思想与分类讨论思想的应用.
跟踪演练3 已知集合A={x|1≤x≤2},B={x|1≤x≤a,a≥1}.
(1)若AB,求a的取值范围;
(2)若B⊆A,求a的取值范围.
解 (1)若AB,由图可知a>2.
(2)若B⊆A,由图可知1≤a≤2.
1.集合A={x|0≤x<3,x∈N}的真子集的个数为( )
A.4 B.7 C.8 D.16
答案 B
解析 可知A={0,1,2},其真子集为:∅,{0},{1},{2},{0,1},{0,2},{1,2},即共有23-1=7(个).
2.设集合M={x|x>-2},则下列选项正确的是( )
A.{0}⊆M B.{0}∈M C.∅∈M D.0⊆M
答案 A
解析 选项B、C中均是集合之间的关系,符号错误;选项D中是元素与集合之间的关系,符号错误.
3.已知M={-1,0,1},N={x|x2+x=0},则能表示M,N之间关系的Venn图是( )
答案 C
解析 M={-1,0,1},N={0,-1},∴NM.
4.已知集合A={2,9},集合B={1-m,9},且A=B,则实数m=________.
答案 -1
解析 ∵A=B,∴1-m=2,∴m=-1.
5.已知∅{x|x2-x+a=0},则实数a的取值范围是________.
答案 a≤
解析 ∵∅{x|x2-x+a=0}.
∴{x|x2-x+a=0}≠∅.
即x2-x+a=0有实根.
∴Δ=(-1)2-4a≥0,得a≤.
1.对子集、真子集有关概念的理解
(1)集合A中的任何一个元素都是集合B中的元素,即由x∈A,能推出x∈B,这是判断A⊆B的常用方法.
(2)不能简单地把“A⊆B”理解成“A是B中部分元素组成的集合”,因为若A=∅时,则A中不含任何元素;若A=B,则A中含有B中的所有元素.
(3)在真子集的定义中,A、B首先要满足A⊆B,其次至少有一个x∈B,但x∉A.
2.集合子集的个数
求集合的子集问题时,一般可以按照子集元素个数分类,再依次写出符合要求的子集.集合的子集、真子集个数的规律为:含n个元素的集合有2n个子集,有2n-1个真子集,有2n-2个非空真子集.
一、基础达标
1.下列命题中,正确的有( )
①空集是任何集合的真子集;
②若AB,BC,则AC;
③任何一个集合必有两个或两个以上的真子集;
④如果不属于B的元素也不属于A,则A⊆B.
A.①② B.②③ C.②④ D.③④
答案 C
解析 ①空集只是空集的子集而非真子集,故①错;②真子集具有传递性,故②正确;③若一个集合是空集,则没有真子集,故③错;④由Venn图易知④正确.
2.已知集合A⊆{0,1,2},且集合A中至少含有一个偶数,则这样的集合A的个数为( )
A.6 B.5 C.4 D.3
答案 A
解析 集合{0,1,2}的子集为:∅,{0},{1},{2},{0,1},{0,2},{1,2},{0,1,2},其中含有偶数的集合有6个.
3.设集合P={x|y=x2},Q={(x,y)|y=x2},则P与Q的关系是( )
A.P⊆Q B.P⊇Q
C.P=Q D.以上都不对
答案 D
解析 集合P是指函数y=x2的自变量x的取值范围,集合Q是指所有二次函数y=x2图象上的点,故P,Q不存在谁包含谁的关系.
4.已知集合A={x|-1<x<4},B={x|x<a},若AB,则实数a满足( )
A.a<4 B.a≤4 C.a>4 D.a≥4
答案 D
解析 由AB,结合数轴,得a≥4.
5.集合{-1,0,1}共有________个子集.
答案 8
解析 由于集合中有3个元素,故该集合有23=8个子集.
6.设集合M={x|2x2-5x-3=0},N={x|mx=1},若N⊆M,则实数m 的取值集合为________.
答案 {-2,0,}.
解析 集合M={3,-}.若N⊆M,则N={3}或{-}或∅.于是当N={3}时,m=;当N={-}时,m=-2;当N=∅时,m=0.所以m的取值集合为{-2,0,}.
7.已知集合A={(x,y)|x+y=2,x,y∈N},试写出A的所有子集.
解 ∵A={(x,y)|x+y=2,x,y∈N},
∴A={(0,2),(1,1),(2,0)}.
∴A的子集有:∅,{(0,2)},{(1,1)},{(2,0)},{(0,2),(1,1)},{(0,2),(2,0)},{(1,1),(2,0)},{(0,2),(1,1),(2,0)}.
二、能力提升
8.已知集合A={x|ax2+2x+a=0,a∈R},若集合A有且仅有2个子集,则实数a的取值是( )
A.1 B.-1
C.0,1 D.-1,0,1
答案 D
解析 因为集合A有且仅有2个子集,所以A仅有一个元素,即方程ax2+2x+a=0(a∈R)仅有一个根.
(1)当a=0时,
方程化为2x=0,此时A={0},符合题意.
(2)当a≠0时,
由Δ=22-4·a·a=0,即a2=1,
∴a=±1.
此时A={-1},或A={1},符合题意.
∴a=0或a=±1.
9.已知集合A=,B=,则( )
A.AB B.BA
C.A=B D.A与B关系不确定
答案 A
解析 对B集合中,x=,k∈Z,当k=2m时,x=,m∈Z;当k=2m-1时,x=-,m∈Z,故按子集的定义,必有AB.
10.设集合A={1,3,a},B={1,a2-a+1},且A⊇B,则实数a的值为________.
答案 -1或2
解析 A⊇B,则a2-a+1=3或a2-a+1=a,解得a=2或a=-1或a=1,结合集合元素的互异性,可确定a=-1或a=2.
11.已有集合A={x|x2-4x+3=0},B={x|mx-3=0},且B⊆A,求实数m的集合.
解 由x2-4x+3=0,得x=1或x=3.
∴集合A={1,3}.
(1)当B=∅时,此时m=0,满足B⊆A.
(2)当B≠∅时,则m≠0,B={x|mx-3=0}=.
∵B⊆A,∴=1或=3,解得m=3或m=1.
综上可知,所求实数m的集合为{0,1,3}.
三、探究与创新
12.已知集合A={x|x<-1或x>4},B={x|2a≤x≤a+3},若B⊆A,求实数a的取值范围.
解 当B=∅时,只需2a>a+3, 即a>3.
当B≠∅时,根据题意作出如图所示的数轴,可得
或解得a<-4或2<a≤3.
综上,实数a的取值范围为{a|a<-4或a>2}.
13.若集合A={x|ax2+2x+1=0,x∈R}至多有一个真子集,求a的取值范围.
解 ①当A无真子集时,A=∅,
即方程ax2+2x+1=0无实根,
所以所以a>1.
②当A只有一个真子集时,A为单元素集,这时有两种情况:
当a=0时,方程化为2x+1=0,解得x=-;
当a≠0时,由Δ=4-4a=0,解得a=1.
综上,当集合A至多有一个真子集时,
a的取值范围是a=0或a≥1.
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