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- 2021-06-24 发布
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高三数学总复习教程(第 4 讲)
一、本讲进度
集合的概念和运算
集合的概念、集合间关系、集合的运算
二、 习指导
集合的三特性——元素的确定性,无序性、互异性揭示了集合的本质,它是我们解一些集合问题的
钥匙,理解集合,子集、补集、交集、并集、空集、全集的意义,对属于包含、相等关系的定义要掌握
相关术语和符号会改、会写,对集合的文字表达,符号表达及图示(韦恩图)要能转换自如。
三、 型例题讲评
例 1.已知集合 A= xyyxyx ,, ,B= 0,, 2222 yxyx ,A=B,求 x,y 的值。
本题考查集合相等的概念及集合的特性。
如一般地考虑分成 x-y=0,x+y=0 和 xy=0 三种情况,费时费力,比较合理的思路是:
10. 根中元素的互异性,B 中 x2-y2≠0,故 A 中 x-y,x+y 均不为 0,从而 xy=0;
20. 再根据元素的互异性:x+y≠x-y,知 y≠0 而 x=0
30.于是有 y=y2 和-y=y2 两种方案,据 y≠0 知 y=±1.
例 2.已知集使 A= 0)1()1( 222 aayaayy ,
B=
30,2
5
2
1 2 xxxyy ,A∩B=φ ,求实数 a 的取值范围.
先易后难,先明后暗,这是解题的策略,故先写出集合 B=[2,4].
方程 y2-(a2+a+1)y+a(a2+1)=0 的两根为 a,a2+1,而 a2+1≥2 a ≥ ≥a,且等号不能都成立,故 A=
(-∞,a)∪(a2+1,+∞),A∩B=φ
14
2
2a
a
a∈(-∞,- 3 )∪[ ,2]
本题中,最易出错的地方是把
14
2
2a
a
写为
14
2
2a
a
,做题时必须把边界处仔细推敲。
例 3.已知函数 y=3x+1 的定义域为 A= dcb ,,,3 ,值域为 B= 2025,3,7,4 233 aaaaa 求
a+b+c+d.
本题涉及到的知识为集合的特性,映射及道映射.
分别令 3x+1= 4,7,知 1,2∈A.
又 3 的象为 10.
若 a3+3a=10,知 a=2 或-5,相应地,a3+5a2+2a+20=52 或 10,故 a=-5 时,a2+3a 与 a3+5a2+2a+20
相同,舍去,
若 a3+5a2+2a+20=10,即(a+5)(a2+2)=0,a=-5,相应地,a2+3a=10,亦应舍去.
∴a=2,令 52=3x+1,x=17 知 17∈A.
∴a+b+c+d=2+17+1+2=22.
本题中并没有确定(也无法确定)b、c、d 分别是什么,而是从总体考虑“它们是什么”,这可能是
读者不习惯的所在.
例 4.已知函数 f(x)=x+1,g(x)=x2,A=[-1,a](a>-1),求使集合 A= Axxfyy ),( 与集合
B= Axxgyy ),( 相等的实数 a 的值.
本题涉及一次函数的值域(指定定义域)和二次函数的值域(指定定义域)两个知识点及分类讨论
的数学思想。
一次函数 f(x)=x+1,x∈[-1,a]是单调递增函数,∴A=[0,a+1],而 B 集合是指定了定义域的二次
函数,不一定是单调的决不能简单地“代两头”而说它的值域是[1-a2](按这样的错误想法,A、B 是决
然不会相等的),故该讨论:
10. 若 a∈(-1,0),则 g(x)单调递减,B=[a2,1]不可能与集合 A 相等。
20. 若 a∈[0,1],则 B=[0,1],要与 A 相等,须 a+1=0,∴a=0,
30. 若 a∈(1,+∞),则 B=[0,a2],要与 A 相等,须 a+1=a2,a=
2
51 但
2
51 <1,舍去.
∴a=0 或
2
51
例 5.已知集合 A= 有意义使 2xaxayx ,集合 B= 有意义使 2xaxayy ,A=B 是否
可能成立?如可能成立,求出使 A=B 的 a 的取值范围,如不可能成立,说明理由.
本题两集合是用描述法表示的,在“元素的形式”这一部分分别用了 x、y,不能据此认为“元素的
形式不同,故不可能相等”因它们只不过用以表达的字(代号)不同,实质是一样的,即元素的形式是
“数”。它所能否相等,只要看它们所表示的数集是否相同。
当 a>0 时,A=[0,a],B=[0,
2
2a ],要 A=B,须 a= ,a=2.
当 a<0 时,A=[a,0],B=[- ,0],要 A=B,须 a=- ,a=-2.
当 a=0 时,A= 0 ,B= 0 ,满足 A=B
根据上面的讨论知,A 与 B 两集合有可能相等,只需 a∈ 2,0,2 即可.
例 6.定义域为 0, xRxx 且 的奇函数 f(x)在(0,+∞)上单调递增,而 f(1)=0,设函数
g(x)=sin2x+kcosx-2k(x∈[0,
2
])集合 M= 0)( xgk 使 N= 0)]([ xgfk 使 ,求 M∩N.
本题如先分别求出 M、N,再求它们的交集,费时费工,因为其中有一部分是重复劳动。
∵f[g(x)]是复合函数,我们应先由 f[g(x)]<0,求出相应 g(x)应满足的条件,再进一步求 M∩N 中 g(x)
满足的条件,这样做事半功倍。
先据 f(x)是奇函数 f(1)=0,( 0,+∞)上增,证明 f(-1)=0,f(0)在(-∞,0)上也增,从而说明 f[g(x)]
<0 的充要条件是 f(x)∈(―∞,―1)∪(0,1).
又 N 中要求 g(x)<0,∴M∩N 要求 g(x)<-1,即 k>
x
x
cos2
sin1 2
=
x
x
cos2
cos2 2
= 4-[(2-cosθ )
+
cos2
2
],
右边当 cosθ =2- 2 时有最大值 4-2 ,∴k>4-2 .
M∩N=(4-2 ,+∞).
当然,更多的同学是下面的思路:由 g(x)<-1 知
cos2x-kcosx+2k-2>0,记 u=cosx∈[0,1],则即 u2-ku+2k-2>0.
10. 当
2
k ∈[0,1],即 k∈[0,2]时,f(u)=u2-ku+2k-2 的最小值为 2k-2-
4
2k 须>0,k∈( 4-2 ,
4+2 ).
∴k∈(4-2 ,2)
20.当 >1.即 k>2 时,f(u)∣min=f(1)=k-1>0,k>1.
∴k>2
30. 当 <0,即 k<0 时,f(u)∣min=f(0)=2k-2>0,k>1.
∴k∈φ
综上,k∈(4-2 ,+∞)
第一种思路是以 k 为主,把问题转化为求分式函数 f(x)=
x
x
2
2 2
,x∈[0,1]的最小值;第二种思路
是以 u=cosx∈[0,1]为主,讨论二次函数 f(u)=u2-ku+2k-2 的最小值.两者都是解决这类问题的常用办法.
例 7.已知集合 A= 1),( 2 xyyx ,B= 05224),( 2 yxxyx ,C= bkxyyx ),( ,
是否存在正整数 k 与 b,使(A∪B)∩ C=φ ?涉及的第一个知识点是集合的运算:(A∪B)∩ C=φ A
∩C=φ 且 B∩C=φ .
第二个知识点是两曲线的交点:
bkxy
xy 12
,消去 y,(kx+b)2=x+1
bkxy
yxx 05224 2
消去 y,4x2+2x+14=2(kx+b)
即 4x2+2x(1-k)+1-2b=0 无解
故
0)]21(4)1[(4
0144
2
2
2
1
bk
bkk
.(∵k∈N+,故不由考虑 k=0)
至此,许多同学会遇到障碍:面对二元不等式组,如何“消去”?这与方程消去当然不同,由于两
式中 b 都是一次的,故可得
k
kkb
k
kb
4
14
8
)1(20
4
14
22
2
,虽可得一高次不等式,k3+6k2-19k+2<0,
我们都无从解出,有理却无力.
因此,我们通过估值另辟径:
2
5
8
20
8
)1(20
14
14
2
2
kb
k
kb
从而 1<b<
2
5 ,又 b∈N+,∴b=2.
再代回原不等式组:
8
)1(202
4
142
2
2
k
k
k
分别解得
31
2
22
2
22
k
k
又 k∈N+,∴k=1.
∴存在自然数 k=1,b=2,满足题设条件
四、 巩固练习
1.B 集合 A= 3,1,2 aa ,B= 1,12,3 2 aaa ,A∩B= 3 ,则 a 的值为( )
(A)0 (B)1 (C)2 (D)-1
2.B A∩B=φ ,M= Axx ,N= Byy ,则下列各式错误的是( )
(A)M∩N=φ (B)M∩N= (C)φ ∈M∩N (D)φ
M∩N
3.A 集合 A= 有实数使 axxa 34 ,则 A=( )
(A)(-∞,1) (B) ,1 (C)( 1,+∞) (D)( 3,4)
4.C 函数 y=lg[x2+(m-3)x+
4
9 ]的定义域为 A,值域为 B,集合 M= RAm 使 ,N= kBm 使 ,
则有( )
(A)M∩N=φ (B)M N (C)M N (D)M ∪N=R
5.B 已知集合 M=
RMxaaxx 满足01)1(2 ,求 a 的取值范围.
6.C 设集合 M= )520(log)(10log 2xaxaax ,M∩Z= 1 ,求 a 的取值范围.
7.B M= 012 bxaxx ,N= 02 abxxx ,若 M N.求 a、b 关系.
8.B 已知 f(x)为一次函数,集合 A= )(xfxx ,B= )]([ xffxx ,若 A 为单元素集,求证:B=A
或 B=k.
9.B 已知集合 A= 有意义使 2215 xxyx ,B= 22 xxayy ,全集 U=R,( AC U )∪B,
求 a 的取值范围.
10.C 已知集合 A= Znmnmxx ,,22 ,B= Zkkxx ,12 ,C= Aqppqxx ,,
(1)A 与 B 两集合的关系如何?
(2)A 与 C 两集合的关系如何?
(3)求 CZA.
11.B 已知集合 A= 0,),( aayxyx ,B= 0)1)(1(),( yxyx ,若 A∪B 恰为某正八
边形顶点的集合,求 a.
12.B A= 01)2(2 xaxx ,若 A∩R+=φ ,求 a 的取值范围.
13 . A U= 业生新江中学第一届高中毕 , A= 该届男生 , B= 该届赴海外深造者 ,
D= 该届考入公务员者 ,写出下列各式的含义:(1)( CUA)∩B=φ ,( 2)( A∩D)∪CUA=U
14.B 求下列不等式的解集:
(1) 52 x - 4x <2x+2
(2) 522 xx <2x
(3) 122 xx >x-1
15.已知集合 A= 11),( yxyx 且 ,B= 1)()(),( 22 ayaxyx .
(1)若 A∩B≠φ ,求 a 的取值范围.
(2)记点集 A∩B 的面积为 f(a),注 f(1,5).
五、参考答案
1.-3∈B,而 a2+1≥1,∴a―3=―3 或 2a―1=―3,即 a=0 或―1.但 a=0 时,A 中的 a+1 与 B 中的 a2+1
均为 1,与 A∩B= 3 矛盾,∴a=-1,选(D)
2.∵A∩B=φ ,∴M 与 N 有且仅有一个公共元素中,故(B)、(C)、(D)都对,选(A)
3.f(x)= 4x + x3 =
x
x
27
1
72
3
)4,3(
4
x
x
x
知 f(x)≥1.
要使 f(x)<a 有解,须 a>1,选(C)
4.要使 A=R,即 x2+(m-3)+
4
9 >0 恒成立,其充要条件是△=(m―3)2―9<0,m∈(0,6).
要使 B=R,须 x2+(m-3)+ 的值域 R+,即 -
4
)3( 2m ≤0,m≥6 或≤0,选(A)
5.当 a≥0 时,M 不可能是 R+的子集,∴a<0.
φ
M,∴△(a+1)2+4a>0,M R+,故两根均正.
即
a
a 1 >0,且-
a
1 >0,解得 a<―3―2 2
∴a∈(-∞,―3―2 ).
6.1∈M,∴loga10(a-1)<loga15,∴
15)1(10
1
a
a
a∈(1,
2
5 ),
此时原不等式即 0<10(a-x)<20-5x2,记 u=a-x>0
则有 f(u)=u2+2(1-a)u+a2-4<0,相应于 x=0 和 x=2 的 u 为 a 及 a-2,
0204)2)(1(2)2()2(
04)1(2)(
22
22
aaaaaaf
aaaaaf
或
∴a≥2.
∴a∈
2
5,2
7.N 为某开区间或φ ,故 a≥0 时,M 不可能是 N 的子集,a<0,此时两个不等式之△=b2-4a≥0,
M=(
a
abb
2
42 ,
a
abb
2
42 )(注意,两端不要搞颠倒了)
N=(
2
42 abb ,
2
42 abb )
要使 M N,须
2
4
2
4
2
4
2
4
22
22
abb
a
abb
abb
a
abb
于是有
)1(4)1(
)1(4)1(
2
2
ababa
ababa ∴
)1(41
1
2 ababa
a
即
22)1(
1
ba
a
∴―a―1≥ b (a≤-1)
8.设 f(x)=kx+b,(k≠0),kx+b=x,(1-k)x=b,解集为单元素集,∴k≠1,于是 f[f(x)]=kf(x)+b=k(kx+b)+b.
方程 k2x+kx+b=x,即(1―k2)x=b(k+1)
若 k=―1,则 B=k,若 k≠―1,则 x=
k
b
1
,与 f(x)=x 用解,∴B=A.
9.15―2x―x2≥0,知 x∈[―5,3],y=a―(x+1)2+1≤a+1,知 B= 1, a ,CUA=(―∞,―5)∪(3,
+∞),要使(CUA)∪B=k,须 a+1≥3,∴a∈ ,2
10.( 1)对任一 x=2k―1∈B,都有 x=k2―(k―1)2∈ A,∴ B A.
(2)对任一 x∈C,必存在 p=m 2
1 ―n .q=m 2
2 ―n ,(m1 ,m2…n1,n2∈Z),使 x=( m ―n .)( m ―
n)=( m m +n n )―(m n + m n )= (m m +2m1m2n1n2++n n )―(m n +2m1n2m2n1+ m n )
=(m1m2+n1n2)2―(m1n2+m2n1)2∈A
∴C A.
(3)∵4(2k―1)=(2k)2―[2(k―1)]2∈A
∴ Zkkxx ,4 A.
而 4m+2 (m∈Z),若属于 A,即 4m+2=p2―q2,则 p、q 必同奇偶,但(2k1)2―(2k2)2=4(k1+k2)(k1―k2),
而(2k―1)2―(2k2―1)2= 4(k1―k2)(k1+k2―1),均为 4 的倍数
∴4m+2A
综上,CEA= Emzmxx ,4
11.A 与 B 对应的图形都是关于原点, x 轴,y 轴对称的,
当 2>a>1 时,两图形才会有 8 个交点,在第一象限内两点坐标为(a―1,1),( 1,a―1),要构成正八
边形,应有 2(a―1)= 2 (2―a),a=
12.△=(a+2)2-4<0 或
0)2(
04)2( 2
a
a ,知 a>―4
13.( 1)该届出国者中无女生
(2)该届男生全部当 1 公务员.
14.( 1)当 x≥4 时,原不等式即(2x+5) ―(x―4)<2x+3,x>6
∴x>6
当 x∈ 4,5 时,原不等式即 2x+5+x―4<2x+3,x<2,
∴x∈ 2,5
当 x<-5 时,原不等式即(-2x-5)+x-4<2x+3,x>-4
∴x∈φ
综上,解集为 ∪(6,+∞)
(2)
xxxx
x
2522
0
2
054
5
0
2
2
xx
x
x
x∈(- 5 ,5),
(3)当 x≤1 时,原不等式恒成立.
当 x1>x2―2x―1>x―1 或 x2―2x―1<1-x,x∈(1,2)∪(3,+∞)
∴原不等式解集为(-∞,2)∪(3,+∞).
15.( 1)A 为 x=±1,y=±1,圆成之正方形及其内部,B 为以( a,a)为圆心,1 为半径的圆及其内部,
要 A∩B≠φ 之 a∈[-(1+
2
2 ), 1+ ]
(2)把(x-
2
3 )2+(y- )2=1 分别与 x=1,y=1 联立,得两交点 A、B 坐标为(1,
2
33 ),(
2
33 ,
1)
AB = (1- )=
2
13 ,∴∠AOB=
6
f(a)=
12
1 ·π ·12-(1- )( -1)=
12
333
六、附录
例 1.∵x2+-y2≠0 ∴x+y,x-y 均不为 0
∴xy=0,但若 y=0,则 x+y=x-y, ∴x=0
若
2
2
yy
yy ,则 y=-1(0 舍去),若
2
2
yy
yy ,则 y=1(0 舍去)
∴
1
0
y
x 或
1
0
y
x
例 2.Y=
2
1 x2-x+
2
5 ,当 x=1 时取最小值 2,当 x=3 时取最大值 4,∴B=[2,4]
y
310
C
DB1
A x
∵a2+1 恒大了 a,故 A 可表为(-∞,a)∪(a2+1,+∞)
∵A∩B=φ ,∴
41
2
2a
a
,解得 a∈ 3, ∪( 3 ,2)
例 3.令 3x1+1=4,3x2+1=7,得 x1=1,x2=2,在 A 中,令 x=3,则 3x+1=10,在 B 中
10.,若 a2+3a=10,则 a=2 或-5,相应地,a3+5a2+2a+20=52 或 10,故 a=-5 时,a2+3a 与 a3+5a2+2a+20
相同,舍去,∴ a=2.
20 .若 a3+5a2+2a+20=10,即(a+5)(a2+2)=0,a=-5,由上面知,应舍去.
又 52 的原象为 17,故 dcb ,, = 17,2,1
∴a+b+c+d=2+1+2+17=22
例 4.f(x)=x+1 单调递增,∴ A=[0,a+1]
B=
],0[
]1,0[
]1,[
2
2
a
a
),1(
]1,0[
)0,1(
a
a
a
当
当
当
今 A=B,故或
11
]1,0[
a
a 或
21
),1(
aa
a
分别解得 a=0 或 a=
2
51 .
例 5.当 a>0 时,A=[0,a],B=[0,
2
2a ]要使 A=B,应使 a= ,得 a=2
当 a<0 时,A=[a,0],B=[- ,0]要使 A=B,应使- =a,a=-2
当 a=0 时,A=B= 0
∴a∈ 2,0,2
例 6.在(0,+∞)中,f(x)单调增,且 f(1)=0,∴当 x∈(0,1)时 f(x)<0,当 x>1 时,f(x)>0.
f(-1)= -f(1)=-0=0,又时任 x1<x2<0,有-x1>-x2>0
f(x1) -f(x2)= -f(-x1)+f(-x2)<0,∴当 x∈(-∞,-1)时,f(x)<0.
当 x∈(-1,0)时,f(x)>0.
M∩N= 0))((0)( xgfxfk 且使使
= )1,0()(1)(0)( xgxgxgk 或且使使
= 1)( xgk 使
∴k>
x
x
cos2
sin1 2
=
x
x
cos2
cos2 2
= 4-[(2-cosx)+
xcos2
2
]
而式右端的最大值为 4-2 2 ,(当 cosθ =2- 2 时)
∴k<4-2 ,M∩N=(4-2 ,+∞)
例 7.由已知 A∩C=Φ 且 B∩C=φ .
由
bkxy
xy 12
得 k2x2+(2bk-1)x+2-1=0
△1= 4k2-4bk+1<0,b>
k
k
4
14 2 ≥1 ①
由
bkxy
yxx 05224 2
得 4x2+2x(1-k)+1-2b=0
△2= 4[(1-k)2-4(1-2b)]<0,b<
8
)1(20 2 k ≤
2
5 ②
由①、②
*
)2
5,1(
Nb
b
∴b=2,代入①、②
*
2
2
4)1(
0184
Nk
k
kk
∴k=1
存在自然数 k=1,b=2,满足题目要求.