苏教版高中数学必修第一册(新教材新标准)1.2 子集、全集、补集 学案

文档属性

名称 苏教版高中数学必修第一册(新教材新标准)1.2 子集、全集、补集 学案
格式 zip
文件大小 180.4KB
资源类型 教案
版本资源 苏教版(2019)
科目 数学
更新时间 2022-07-12 10:26:51

文档简介

1.2 子集、全集、补集
第一课时 子集
课标要求 素养要求
理解集合之间包含与相等的含义,能识别给定集合的子集. 会用三种语言(自然语言、图形语言、符号语言)表示集合间的基本关系,并能进行转换,重点提升数学抽象素养和直观想象素养.
自主梳理
1.子集、真子集
(1)如果集合A的任意一个元素都是集合B的元素(若a∈A,则a∈B),那么集合A称为集合B的子集,记为A B或B A.读作“集合A包含于集合B”或“集合B包含集合A”.
(2)如果A B,并且A≠B,那么集合A称为集合B的真子集,记为A?B或B?A.读作“A真包含于B”或“B真包含A”.
2.子集、真子集的性质
(1)任意集合A都是它自身的子集,即A A.
(2)空集是任意一个集合A的子集,即 A;空集是任意一个非空集合B的真子集,即 ?B.
(3)对于集合A,B,C,如果A B,B C,那么A C.
(4)对于集合A,B,C,如果A?B,B?C,那么A?C.
3.用维恩图表示非空集合的基本关系
(1)A B表示为:或
(2)A?B表示为:
(3)A=B表示为:
对子集的理解
A B能否理解为子集A是B中的“部分元素”所组合的集合?
A B不能理解为集合A是B中的“部分元素”所组成的集合.因为若A= ,则A中不包含任何元素;若A=B,则A中含有B中的所有元素,而此时可以说集合A是集合B的子集.
自主检验
1.思考辨析,判断正误
(1)1 {1,2,3}.(×)
提示 “ ”表示集合与集合之间的关系,而不是元素和集合之间的关系.
(2)任何集合都有子集和真子集.(×)
提示 空集只有子集,没有真子集.
(3)若a∈A,则{a}?A.(×)
提示 也有可能{a}=A.
(4)若A B,且B A,则A=B.(√)
2.已知集合A={-1,0,1},A的子集中,含有元素0的子集共有(  )
A.2个 B.4个 C.6个 D.8个
答案 B
解析 根据题意,在集合A的子集中,含有元素0的子集有{0},{0,1},{0,-1},{-1,0,1}, 故选B.
3.已知集合A={1,2,3},B={2,3},则(  )
A.A=B B.A B C.A?B D.B?A
答案 D
解析 ∵A={1,2,3},B={2,3},∴B A.
又1∈A且1 B,∴B是A的真子集,故选D.
4.已知集合A={-1,3,m},B={3,4},若B A,则实数m=________.
答案 4
解析 ∵B A,∴ 元素3,4必为A中元素,∴m=4.
题型一 集合关系的判断
【例1】 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(4)M={x|x=2n-1,n∈N*},N={x|x=2n+1,n∈N*}.
解 (1)集合A的元素是数,集合B的元素是有序实数对,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A?B.
(3)集合B={x|x<5},用数轴表示集合A,B,如图所示,由图可知A?B.
(4)由列举法知M={1,3,5,7,…},N={3,5,7,9,…},故N?M.
思维升华 判断集合关系的方法
(1)观察法:一一列举观察.
(2)元素特征法:首先确定集合的元素是什么,弄清集合元素的特征,再利用集合元素的特征判断关系.
(3)数形结合法:利用数轴或Venn图.
【训练1】 (1)设集合M={菱形},N={平行四边形},P={四边形},Q={正方形},则这些集合之间的关系为(  )
A.P N M Q B.Q M N P
C.P M N Q D.Q N M P
(2)设集合A={0,1},集合B={x|x<2或x>3},则A与B的关系为(  )
A.A∈B B.B∈A C.A B D.B A
答案 (1)B (2)C
解析 (1)正方形都是菱形,菱形都是平行四边形,平行四边形都是四边形,故选B.
(2)∵0<2,∴0∈B.
又∵1<2,∴1∈B.∴A B.
题型二 集合的子集、真子集
【例2】 (1)集合{a,b,c}的所有子集为________________,其中它的真子集有________个.
答案  ,{a},{b},{c},{a,b},{a,c},{b,c},{a,b,c} 7
解析 集合{a,b,c}的子集有: ,{a},{b},{c},{a,b},{a,c},{b,c},{a,b,c},其中,除{a,b,c}外,都是{a,b,c}的真子集,共7个.
(2)写出满足{3,4}?P {0,1,2,3,4}的所有集合P.
解 由题意知,集合P中一定含有元素3,4,并且是至少含有三个元素的集合,因此所有满足题意的集合P为:{0,3,4},{1,3,4},{2,3,4},{0,1,3,4},{0,2,3,4},{1,2,3,4},{0,1,2,3,4}.
思维升华 1.假设集合A中含有n个元素,则:
(1)A的子集有2n个;
(2)A的非空子集有(2n-1)个;
(3)A的真子集有(2n-1)个;
(4)A的非空真子集有(2n-2)个.
2.求给定集合的子集的两个注意点:
(1)按子集中元素个数的多少,以一定的顺序来写;
(2)在写子集时要注意不要忘记空集和集合本身.
【训练2】 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)}.
题型三 子集关系的应用
【例3】 已知集合A={x|-2≤x≤5},B={x|m+1≤x≤2m-1},若B?A,求实数m的取值范围.
解 (1)当B≠ 时,如图所示.
∴或
解这两个不等式组得2≤m≤3.
(2)当B= 时,
由m+1>2m-1,得m<2.
综上可得,实数m的取值范围是{m|m≤3}.
【迁移1】 (变换条件)若本例条件“A={x|-2≤x≤5}”改为“A={x|-2解 (1)当B= 时,由m+1>2m-1,得m<2.
(2)当B≠ 时,如图所示.
∴解得
即2≤m<3,
综上可得,实数m的取值范围是{m|m<3}.
【迁移2】 (变换条件)若本例条件“B?A”改为“A B”,其他条件不变,求实数m的取值范围.
解 当A B时,如图所示,此时B≠ .
∴即
∴m∈ ,即实数m的取值范围为 .
思维升华 (1)利用数轴处理不等式表示的集合间的关系问题时,可化抽象为直观,要注意端点值的取舍,“含”用实心点表示,“不含”用空心点表示.
(2)涉及到“A B”或“A?B且B≠ ”的问题,一定要分A= 和A≠ 两种情况讨论,不要忽视空集的情况.
【训练3】 已知集合A={x|1≤x≤2},集合B={x|1≤x≤a,a≥1}.
(1)若A?B,求实数a的取值范围;
(2)若B A,求实数a的取值范围.
解 (1)若A?B,由图可知a>2.
∴实数a的取值范围为{a|a>2}.
(2)若B A,由图可知1≤a≤2.
∴实数a的取值范围为{a|1≤a≤2}.
1.理清3个概念
(1)子集;(2)真子集;(3)空集.
2.掌握3种方法
(1)会判断两集合的关系,当所给的集合是与不等式有关的无限集时,常借助数轴,利用数形结合思想判断.
(2)会求子集、真子集的个数问题.
(3)对于用不等式给出的集合,已知集合的包含关系求相关参数范围时,常采用数形结合思想,借助数轴.
3.注意2个易错点
(1) 是任何集合的子集;(2)当集合中含有字母参数时,一般需要分类讨论.
一、选择题
1.已知集合N={1,3,5},则集合N的真子集个数为(  )
A.5 B.6 C.7 D.8
答案 C
解析 集合N的真子集有23-1=7(个).
2.已知集合A={x|x2-1=0},则下列式子:①{1}∈A;②-1 A;③ A;④{1,-1} A.其中表示正确的有(  )
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
答案 B
解析 因为A={x|x2-1=0}={-1,1},所以{1} A,①不正确;-1∈A,
②不正确;
A,符合子集的定义,所以③正确;
{-1,1} A,符合子集的定义,所以④正确.
综上可知,正确的式子有2个.
3.已知集合A={x|0A.A∈B B.A?B C.B?A D.B A
答案 B
解析 由数轴易知A中元素都属于B,B中至少有一个元素如-2 A,故有A?B.
4.(多选题)设集合A={x|x2+x-6=0},B={x|mx+1=0},则满足B A的实数m的值可以为(  )
A. B.- C. D.0
答案 ABD
解析 ∵A={x|x2+x-6=0}={-3,2},又∵B A,∴当m=0时,mx+1=0无解,故B= ,满足条件;若B≠ ,则B={-3}或B={2},即m=或m=
-,故满足条件的实数m∈.
5.已知集合A={x∈Z|(x-1)(x+2)<0},则集合A的一个真子集为(  )
A.{x|-2C.{0} D.{ }
答案 C
解析 A={x∈Z|(x-1)(x+2)<0}={-1,0},所以A的真子集为 ,{0},{-1},故选C.
二、填空题
6.集合A={x|ax-3=0,a∈Z},若A?N*,则实数a的所有取值组成的集合为________.
答案 {0,1,3}
解析 当a=0时,A= ,满足题意;当a≠0时,x=∈N*,则a=1或a=3.
7.已知集合A={x∈R|x2+x=0},则集合A=________.若集合B满足{0}?B A,则集合B=________.
答案 {-1,0} {-1,0}
解析 ∵解方程x2+x=0,得x=-1或x=0,∴集合A={x∈R|x2+x=0}=
{-1,0}.又{0}?B A,∴B={-1,0}.
8.设A={x|2答案 {a|3≤a≤4}
解析 因为B?A,又B≠ ,所以或
所以3≤a≤4,即a的取值范围是{a|3≤a≤4}.
三、解答题
9.判断下列集合间的关系:
(1)A={x|x-3>2},B={x|2x-5≥0};
(2)A={x∈Z|-1≤x<3},B={x|x=|y|,y∈A}.
解 (1)因为A={x|x-3>2}={x|x>5},B={x|2x-5≥0}=,所以可利用数轴判断A,B的关系.如图所示,A?B.
(2)因为A={x∈Z|-1≤x<3}={-1,0,1,2},B={x|x=|y|,y∈A},所以B={0,1,2},所以B?A.
10.已知A={x∈R|x<-2或x>3},B={x∈R|a≤x≤2a-1},若B A,求实数a的取值范围.
解 由题意知B的可能情况有B≠ 和B= 两种.
①当B≠ 时,∵B A,
∴或,解得a>3.
②当B= 时,由a>2a-1,解得a<1.
综上可知,实数a的取值范围是{a|a<1或a>3}.
11.若集合A={x|x=2k+1,k∈Z},B={x|x=2k-1,k∈Z},C={x|x=4k-1,k∈Z},则A,B,C的关系是(  )
A.C?A=B B.A C B
C.A=B?C D.B A C
答案 A
解析 ∵A={x|x=2(k+1)-1,k∈Z},B={x|x=2k-1,k∈Z},C={x|x=2×2k-1,k∈Z},∴C?A=B,故选A.
12.若集合A={x|ax2+2x+1=0,x∈R}至多有一个真子集,求实数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=-,符合题意;
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|a=0或a≥1}.
13.已知集合M={x|x2+2x-a=0}.
(1)若 ?M,求实数a的取值范围;
(2)若N={x|x2+x=0}且M N,求实数a的取值范围.
解 (1)由题意得方程x2+2x-a=0有实数解,
∴Δ=22-4·(-a)≥0,得a≥-1,
∴实数a的取值范围是{a|a≥-1}.
(2)∵N={x|x2+x=0}={0,-1},且M N,
∴当M= 时,Δ=22-4·(-a)<0,得a<-1;
当M≠ 时,
i)当Δ=0时,a=-1,
此时M={-1},满足M N,符合题意.
ii)当Δ>0时,a>-1,M中有两个元素,
若M N,则M=N,从而无解.
综上,实数a的取值范围为{a|a≤-1}.
14.已知三个集合A={x|x2-3x+2=0},B={x|x2-ax+(a-1)=0},C={x|x2-bx+2=0},同时满足B?A,C A的实数a,b是否存在?若存在,求出a,b所有的值;若不存在,请说明理由.
解 A={x|x2-3x+2=0}={1,2}.
∵B={x|x2-ax+(a-1)=0}={x|(x-1)[x-(a-1)]=0},∴1∈B.
又∵B?A,∴a-1=1,即a=2.
∵C={x|x2-bx+2=0},且C A,
∴C= 或{1}或{2}或{1,2}.
当C={1,2}时,b=3;
当C={1}或{2}时,Δ=b2-8=0,
即b=±2,此时x=±(舍去);
当C= 时,Δ=b2-8<0,
即-2综上可知,存在a=2,b=3或-2课标要求 素养要求
1.理解全集、补集的概念.2.会求给定子集的补集. 学会运用图形语言、符号语言、自然语言表达全集、补集及相互转换.培养数学抽象素养和数学运算素养.
自主梳理
1.全集
如果一个集合包含我们所研究问题中涉及的所有元素,那么就称这个集合为全集.全集通常记作U.
2.补集
设A S,由S中不属于A的所有元素组成的集合称为S的子集A的补集,记为 SA(读作“A在S中的补集”),即 SA={x|x∈S且x A}.
对全集和补集的理解
(1)全集不是固定不变的,它因所研究问题而异.
(2)补集是相对全集而言的,二者缺一不可.
自主检验
1.思考辨析,判断正误
(1)全集一定是实数集R.(×)
提示 全集是一个相对概念,因研究问题的不同而变化.
(2)存在x0∈U,x0 A,且x0 UA.(×)
提示 要么x0∈A,要么x0∈ UA,且有且只有一个成立.
(3)设集合A={1,2},相对于集合M={0,1,2,3},N={1,2,3},则 MA= NA.(×)
提示  MA={0,3}, NA={3},∴ MA≠ NA.
(4)一个集合的补集一定含有元素.(×)
提示 全集的补集是空集,此时就没有元素.
2.若全集U=R,集合A={x|x≥1},则 UA=________.
答案 {x|x<1}
解析 由补集的定义,结合数轴可得 UA={x|x<1}.
3.已知全集U={x|x≥-3},集合A={x|-3A.{x|x≤-3或x>4} B.{x|x>4}
C.{x|x=-3或x>4} D.{x|x≥4}
答案 C
解析 借助数轴得 UA={x|x=-3或x>4}.
4.已知集合A={3,4,m},集合B={3,4},若 AB={5},则实数m=________.
答案 5
解析 ∵ AB={5},∴5∈A,∴m=5.
题型一 简单的补集运算
【例1】 (1)设集合U=R,M={x|x>2或x<-2},则 UM=(  )
A.{x|-2≤x≤2} B.{x|-2C.{x|x<-2或x>2} D.{x|x≤-2或x≥2}
(2)已知全集为U,集合A={1,3,5,7}, UA={2,4,6}, UB={1,4,6},则集合B=________.
答案 (1)A (2){2,3,5,7}
解析 (1)如图,在数轴上表示出集合M,可知 UM={x|-2≤x≤2}.
(2)A={1,3,5,7}, UA={2,4,6},则U={1,2,3,4,5,6,7}, UB={1,4,6},∴B={2,3,5,7}.
思维升华 求补集的方法
(1)列举法表示:从全集U中去掉属于集合A的所有元素后,由所有余下的元素组成的集合.
(2)由不等式构成的无限集表示:借助数轴,取全集U中集合A以外的所有元素组成的集合.
【训练1】 (1)设全集U={1,2,3,4,5},集合A={1,2},则 UA=(  )
A.{1,2} B.{3,4,5}
C.{1,2,3,4,5} D.
(2)若全集U=R,集合A={x|1A.{x|x<1或x≥3} B.{x|x≤1或x>3}
C.{x|x<1或x>3} D.{x|x≤1或x≥3}
答案 (1)B (2)B
解析 (1)∵U={1,2,3,4,5},A={1,2},∴ UA={3,4,5}.
(2)U=R, UA={x|x≤1或x>3}.
题型二 由全集与补集的关系求参数
【例2】 设全集U={3,6,m2-m-1},A={|3-2m|,6}, UA={5},求实数m.
解 ∵ UA={5},∴5∈U且|3-2m|=3,

由m2-m-1=5,得m2-m-6=0,
∴m=-2或m=3.
由|3-2m|=3,得m=0或m=3.
∴m=3.
思维升华 集合A与 UA中没有公共元素;若集合中元素个数有限时,可利用补集定义并结合Venn图求解,若集合中元素有无限个时,可利用数轴分析法求参数.
【训练2】 (1)设全集U={1,3,5,7},集合M={1,|a-5|}, UM={5,7},则实数a的值为________.
(2)设U=R,A={x|a≤x≤b},若 UA={x|x<3或x>4},则a+b=________.
答案 (1)2或8 (2)7
解析 (1)由U={1,3,5,7},M={1,|a-5|}, UM={5,7}知M={1,3}.
∴|a-5|=3,∴a=8或2.
(2)∵U=R,A={x|a≤x≤b},∴ UA={x|xb}.又∵ UA={x|x<3或x>4},∴a=3,b=4,a+b=7.
题型三 补集与集合关系的综合应用
【例3】 已知集合A={x|2a-2解  RB={x|x≤1或x≥2}≠ .∵A? RB,
∴分A= 和A≠ 两种情况讨论.
①若A= ,此时有2a-2≥a,∴a≥2.
②若A≠ ,则有或∴a≤1.
综上所述,实数a的取值范围为{a|a≤1或a≥2}.
思维升华 如果所给集合是无限集,一般用数轴分析法求出其补集,要注意端点的取舍;结合两集合的子集、真子集关系,要注意分空集与非空集合两种情况讨论.
【训练3】 已知全集U=R,集合A={x|-2≤x≤5},B={x|a+1≤x≤2a-1},且A UB,求实数a的取值范围.
解 若B= ,则a+1>2a-1,即a<2时,此时 UB=R,所以A UB.
若B≠ ,则a+1≤2a-1,即a≥2时,
此时 UB={x|x2a-1},
又A UB,所以a+1>5或2a-1<-2,所以a>4或a<-(舍去).
所以实数a的取值范围为{a|a<2或a>4}.
1.理解2个概念——全集、补集
(1)补集是相对于全集而言的,它与全集不可分割.一方面,若没有定义全集,则不存在补集的说法;另一方面,补集的元素逃不出全集的范围.                  
(2)补集既是集合之间的一种关系,同时也是集合之间的一种运算.求集合A的补集的前提是A为全集U的子集,随着所选全集的不同,得到的补集也是不同的.
2.掌握1个策略——正难则反
补集作为一种思想方法,为我们研究问题开辟了新思想,在正向思维受阻时,改用逆向思维,如若直接求A困难,则使用“正难则反”策略,先求 UA,再由 U( UA)=A求A.
一、选择题
1.已知全集U={x|-1≤x≤5,x∈Z},集合A={x|0≤x<3,x∈N},则 UA=(  )
A.{x|-1≤x<0或3B.{x|-1≤x<0或3≤x≤5}
C.{-1,3,4,5}
D.{3,4,5}
答案 C
解析 U={x|-1≤x≤5,x∈Z}={-1,0,1,2,3,4,5},A={x|0≤x<3,x∈N}={0,1,2},∴ UA={-1,3,4,5}.
2.(多选题)已知全集U=R,集合A={x|1≤x≤3或4<x<6},集合B={x|2≤x<5},则下列结论正确的是(  )
A. UA={x|x<1或3<x≤4或x≥6}
B. UB={x|x<2或x≥5}
C. UA UB
D. UB UA
答案 AB
解析 由补集的定义知A,B正确;由子集的定义知C,D都不正确.
3.已知全集U={1,2,a2-2a+3},A={1,a}, UA={3},则实数a等于(  )
A.0或2 B.0 C.1或2 D.2
答案 D
解析 由题意知则a=2.
4.若全集U={0,1,2,3,4,5},且 UA={x∈N*|1≤x≤3},则集合A的真子集共有(  )
A.3个 B.4个 C.7个 D.8个
答案 C
解析  UA={x∈N*|1≤x≤3}={1,2,3},
∴A={0,4,5},∴集合A的真子集共有23-1=7(个).
5.设全集U=R,集合A={x|x<0,或x≥1},B={x|x≥a},若 UA UB,则实数a的取值范围是(  )
A.{a|a>1} B.{a|a≥1}
C.{a|a<1} D.{a|a≤1}
答案 B
解析 由题意知 UA={x|0≤x<1}, UB={x|x画出数轴并表示出 UA与 UB.
因为 UA UB,
所以结合数轴可得a≥1.
二、填空题
6.设U={0,1,2,3},A={x|x2+mx=0},若 UA={1,2},则实数m=________.
答案 -3
解析 ∵ UA={1,2},∴A={0,3},∴0,3是方程x2+mx=0的两个根,∴m=-3.
7.已知全集U=R,A={x|1≤x答案 2
解析 因为 UA={x|x<1或x≥2},
所以A={x|1≤x<2}.所以b=2.
8.若集合A={x|-1≤x<1},当S=R时, SA=________;当S={x|-4≤x≤1}时, SA=________.
答案 {x|x<-1或x≥1} {x|-4≤x<-1或x=1}
解析 ∵A={x|-1≤x<1},
∴S=R时, SA={x|x<-1或x≥1};
S={x|-4≤x≤1}时, SA={x|-4≤x<-1或x=1}.
三、解答题
9.(1)设U={x|x是小于9的正整数},A={1,2,3},B={3,4,5,6},求 UA和 UB;
(2)U={x|x是三角形},A={x|x是等腰三角形},B={x|x是等边三角形},求 UB和 AB;
(3)U=R,A={x|1解 (1)根据题意可知,U={1,2,3,4,5,6,7,8},
所以 UA={4,5,6,7,8}, UB={1,2,7,8}.
(2) UB={x|x是三边不都相等的三角形};
AB={x|x是有且仅有两边相等的三角形}.
(3) UA={x|x≤1,或x≥5},A与 UA在数轴上分别表示如下.
10.已知集合A={x|-1解  RA={x|x≤-1或x>3}.
当B= 时,即m≥1+3m,得m≤-,满足B RA.
当B≠ 时,要使B RA成立,
则或解得m>3.
综上可知,实数m的取值范围是
.
11.设全集U={1,2,3,4},集合A={x|x2-mx+n=0,x∈U},若 UA={2,3},则m+n=________.
答案 9
解析 因为 UA={2,3},所以A={x|x2-mx+n=0,x∈U}={1,4},即方程x2-mx+n=0的两个实根为1和4,得m=5,n=4,m+n=9.
12.已知全集U=R,集合P={x|x≤0或x≥6},M={x|a答案 {x|0解析 ∵全集U=R,∴ UP={x|0若M= ,即a≥2a+4,解得a≤-4,符合M UP.
若M≠ ,要使M UP,则需解得0≤a≤1.∴a≤-4或0≤a≤1.
13.设全集U=R,M={x|3a解  UP={x|x<-2,或x>1}.
∵M? UP,
∴分M≠ 和M= 两种情况讨论:
若M= ,则3a≥2a+5,∴a≥5.
若M≠ ,则或
∴a≤-或≤a<5.
综上得a≤-或a≥,
即实数a的取值范围是.
14.设全集U=R,集合A={x|x≤2或x≥5}.
(1)求 UA;(2)若B={x|2a-3≤x≤-a}且B UA,求实数a的取值范围.
解 (1)由题意 UA={x|2<x<5}.
(2)当B= 时,有-a<2a-3,∴a>1;
当B≠ 时,有∴a∈ .
综上实数a的取值范围为{a|a>1}.