集合及其运算

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  核心知识概述
  1. 集合的特征:确定性、互异性、无序性.
  2. 集合与集合之间的关系:A?B,AB,A=B. 注意:空集是任何非空集合的真子集.
  3. 集合的三种运算:交、并、补.
  4. 集合的基本性质:(1)A∩A=A;(2)A∪A=A;(3)A∩B=B∩A;(4)A∪B=B∪A;(5)(A∩B)∩C=A∩(B∩C);(6)(A∪B)∪C=A∪(B∪C);(7)A∩?=?;(8)A∪?=A;(9)?U(?UA)=A;(10)?U(A∪B)=(?UA)∩(?UB);(11)?U(A∩B)=(?UA)∪(?UB).
  解题中的三大注意点
  1. 理解集合的内涵与外延——理清元素的属性
  在用描述法表示的集合中,要根据代表元的特征,理清元素的属性,准确把握集合的外延(是哪些元素组成的集合). 如[{x|y=lgx}],[{y|y=lgx}],[{(x,y)|y=lgx}]表示的集合互不相同;而[{x|x2-2x-3=0}]与[{t|t2-2t-3=0}]表示相同的集合(代表元的含义相同).
  例1 已知集合M={x|x=[k2+14,k∈Z]},N={x|x=[k4+12,k∈Z]},若x0∈M,则x0与N的关系是( )
  A. [x0∈N] B. [x0?N]
  C. [x0∈N]或[x0?N] D. 不能确定
  解析 M={x|x[=2k+14,]k∈Z},N={x|x[=k+24,]k∈Z},
  ∵2k+1(k∈Z)是一个奇数,k+2(k∈Z)是一个整数,∴x0∈M时,一定有[x0∈N].
  答案 A
  解读 本题还可以列举两个集合的部分元素,找出规律,发现它们之间的关系.
  2. 时刻关注互异性
  互异性是集合元素的重要特征,在解题中要时刻提高警惕,以防掉入“陷阱”.
  例2 已知集合A是由0,m,m2-3m+2三个元素组成的集合,且[2∈A],则实数m的值为( )
  A. 2 B. 3
  C. 0或3 D. 0,2,3均可
  解析 由2∈A可知:若m=2,则m2-3m+2=0,这与m2-3m+2≠0相矛盾;若m2-3m+2=2,则m=0,或m=3. 当m=0时,与m≠0相矛盾;当m=3时,此时集合A={0,3,2},符合题意.
  答案 B
  解读 此类问题在求出集合中的参数后,要代入检验,看集合中的元素是否满足互异性.
  3. 不能忘记空集——空集是任何集合的子集
  式子[B?A]的含义有:[B=?],[B][A]和[B=A]. 当题目中出现[B?A]时,则应考虑[B=?]的情形.
  例3 已知[A={x|x2-3x+2=0}],[B={x|ax-2=0}],且[A∪B=A],则实数[a]组成的集合[C]是 .
  误解 由[x2-3x+2=0]得,[x=]1,或2. 当[x=1]时,[a]=2;当[x=2]时,[a]=1. 故[C={1,2}].
  正解 上述解答只注意了[B]为非空集合的情形. 实际上,[A∪B=A?B?A,]因此[B=][?]时,仍满足[A∪B=A]. 当[B=][?]时,[a]=0,符合题意. 故正确答案为[C]={0,1,2}.
  例4 已知集合[A={x|x2-3x-10≤0}],集合[B=][{x|p+1≤x≤2p-1}],若[B?A],求实数[p]的取值范围.
  错解 由[x2-3x-10≤0]得,[-2≤x≤5]. 欲使[B?A],只需[-2≤p+1,2p-1≤5.∴-3≤p≤3].
  ∴[p]的取值范围是[[-3,3]].
  正解 上述解答忽略了[B=?]的情形. 正确解答为:
  (1)当[B]≠[?]时,有[p+1≤2p-1,即p≥2]时,结合上述解法得,[2≤p≤3].
  (2)当[B]=[?]时,即[p+1>2p-1, ∴p<2].
  综合(1)(2)得,[p]的取值范围是[p≤3].
  例5 已知集合[A={x|x2+(m+2)x+1=0,x∈R}],若[A∩R+]=[?],求实数[m]的取值范围.
  错解 由[A∩R+]=[?]知,方程[x2+(m+2)x+1=0]无正根. 又由韦达定理知方程的根不为零且同号,
  故方程只有两个负根,[∴Δ=m+22-4≥0,-m+2<0.]
  解得,[m≥0].
  正解 上述解法忽视了方程[x2+(m+2)x+1=0]无实数根(即[A]为空集)的情形. 正确解法为:
  [Δ=m+22-4≥0,-m+2<0,]或[△=(m+2)2-4<0].
  解得,[m≥0],或[-4  综合得,[m>-4]即为所求.
  解题中的三大辅助工具
  在解决有关集合运算的问题中,若能充分利用数轴、坐标系、Venn图,则能使问题的解决简捷明快.
  1. 借助数轴处理数集运算问题
  例6 设[A={x|-21}],[B={x|x2+ax][+b≤0}],已知[A∪B={x|x>-2}],[A∩B={x|1  解析 如圖,当且仅当[B]覆盖住集合[{x|-1-2}],且[A∩B={x|1  2. 借助平面图形、图象
  例7 已知集合[A={(x,y)|y≥|x-1|},][B=][{(x,y)|y≤-|x|+a},][A∩B≠?],求实数[a]的取值范围.
  解析 设[f(x)=x-1,g(x)=-x+a],作出两函数图象(如图),则集合[A]表示在函数[y=f(x)]图象上方的点的集合,集合[B]表示在函数[y=g(x)]图象下方的点的集合.要使[A?B≠?],由图象易知[a≥1],所以实数[a]的取值范围是[[1,+∞)].
  解读 一般地,在平面直角坐标系中,不等式[y>f(x)]表示的区域为函数[y=f(x)]的图象上方对应的区域;不等式[y  3. 借助Venn图
  例8 已知全集U={a|a∈N*,且a≤9},且(?UA)∩B=[{1,9}],A∩B={2},(?UA)∩(?UB)={4,6,8},试确定集合A,B.
  解析 由题意得,U={1,2,3,4,5,6,7,8,9},
  又(?UA)∩B={1,9},A∩B={2},(?UA)∩(?UB)={4,6,8},
  将它们在Venn图上表示出来(如图). 由Venn图可得,A={2,3,5,7},B={1,2,9}.
  解读 本题从Venn图上一目了然. 若采用逻辑的方法推导,运算量要大得多.
  例9 向50名学生调查对A,B两事件的态度,有如下结果:赞成A的人数是全体的五分之三,其余的不赞成;赞成B的比赞成A的多3人,其余的不赞成;另外,对A,B都不赞成的学生数比对A,B都赞成的学生数的三分之一多1人. 问对A,B都赞成的学生和都不赞成的学生各有多少人?
  解析 赞成A的人数为50×[35]=30,赞成B的人数为30+3=33(如图),记50名学生组成的集合为U,赞成事件A的学生全体为集合A,赞成事件B的学生全体为集合B. 设对事件A,B都赞成的学生人数为x,则对A,B都不赞成的学生人数为[x3]+1,赞成A而不赞成B的人数为30-x,赞成B而不赞成A的人数为33-x,依题意,得(30-x)+(33-x)+x+([x3]+1)=50,解得x=21,所以對A,B都赞成的同学有21人,都不赞成的有8人.
  解读 此类应用问题,借助Venn图,可直观、快捷地解决.
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