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苏教版2019高一数学(必修一)第一章 集合
1.2 子集、全集、补集
学习目标
1.理解集合之间的包含的含义.(数学抽象)
2.能识别给定集合的子集、真子集,会判断集合间的关系.(逻辑推理)
3.理解给定集合中一个子集的补集的含义,并会求给定子集的补集.(数学运算)
情景导入
给出下列三个集合:
A={班上参加足球队的同学},
B={班上没有参加足球队的同学},
S={全班同学},
那么集合S,A,B的关系如何
观察下列各组集合:
(1) A= {-1,1},B={-1,0,1,2};
(2) A=N,B=R;
(3) A={ x∣x 为正方形},B={ x∣x 为四边形}.
●集合A与B之间具有怎样的关系
●如何用数学语言来表述这种关系
1.子集与真子集
新知探究
观察(1),可以发现,集合 A 中的每个元素都是集合 B 的元素观察(2)(3),它们也有同样的特征.
(1) A= {-1,1},B={-1,0,1,2};
(2) A=N,B=R;
(3) A={ x∣x 为正方形},B={ x∣x 为四边形}.
这时称 A 是 B 的子集.
子集
定义
如果集合A的_______一个元素都是集合B的元素,那么集合A称为集合B的子集.
任意
概念归纳
A是B的子集
Venn图: 或
符号表示:_________ 或 _________
读法:集合 A _______ 集合 B 或集合
B ________ 集合A
B
A
A (B)
包含于
包含
A B
B A
概念归纳
例如,{1,2,3} N,N R,
{ x∣x 为正方形} {x∣x为四边形}等.
A B可以用 Venn图来表示.
B
A
根据子集的定义,我们知道A A也就是说,任何一个集合是它本身的子集.
对于空集 ,我们规定 A,即空集是任何集合的子集.
概念归纳
【思考】
符号“∈”与“ ”有什么区别
提示:①“∈”是表示元素与集合之间的关系,
比如 1∈N,-1 N.
②“ ”是表示集合与集合之间的关系,
比如 N R,{1,2,3} {3,2,1}.
③“∈”的左边是元素,右边是集合,
而“ ”的两边均为集合.
例1.判断下列各组集合中,A 是否为 B 的子集.
(1) A= {0,1},B={-1,0,1,-2};
解:因为0∈B,1∈B,即A中的每一个元素都是B 的元素,所以 A 是 B 的子集.
解:因为1∈A,但 1 B,
所以 A不是B 的子集.
(2) A= {0,1},B= { x∣x=2k,k∈N}
思 考
A B 与 B A能否同时成立
能;
A是B的子集;同时B也是A的子集; 此时A=B;
就是两集合相等的定义.
例2.写出集合 {a,b} 的所有子集.
解: 集合{a,b}的所有子集是 ,{a},{b},{a,b}.
集合{al,a2,a3,a4}有多少个子集
真子集
定义
如果集合 A B,并且 A≠B,那么集合 A 称为集合 B 的真子集.
概念归纳
A是B的真子集
Venn图:
符号表示:_________ 或 _________
读法:集合 A ________ 集合 B 或集合B ________ 集A
B
A
A B
B A
真包含于
真包含
概念归纳
【思考】
集合 M,N 是两个至少含有一个元素的集合,试画图说明这两个集合关系有哪几种
提示:有以下五种关系
1 2 3 4 5
例3.下列各组的 3 个集合中 ,哪 2 个集合之间具有包含关系
(1) S={-2,-1,1,2},A={-1,1},B={-2,2};
(2) S=R,A= { x∣x≤0,B= { x∣x>0);
(3) S= { x∣x为整数},A= { x∣x 为奇数},
B= { x∣x 为偶数}.
解:在(1)(2)(3)中都有 A S,B S可以用图1-2-2来表示.
集合间关系的性质
(1) 任何一个集合是它本身的子集,即_______.
(2) 对于空集,我们规定 A,即空集是任何集合的子集.
A A
概念归纳
例4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};
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.
典例剖析
(4)由列举法知M={1,3,5,7,…},N={3,5,7,9,…},故N?M.
(3)A={x|-1
(4)M={x|x=2n-1,n∈N*},N={x|x=2n+1,n∈N*}.
解 (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.
典例剖析
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.
归纳总结
例5(1)集合{a,b,c}的所有子集为_______________________________,其中它的真子集有________个.
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.
,{a},{b},{c},{a,b},
{a,c},{b,c},{a,b,c}
7
典例剖析
(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}.
典例剖析
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.
归纳总结
例6.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.
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}.
典例剖析
(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.
归纳总结
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.( )
×
×
×
√
练一练
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
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.
练一练
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
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.
D
练一练
4.已知集合A={-1,3,m},B={3,4},若B A,则实数m=________.
解析 ∵B A,
∴ 元素3,4必为A中元素,
∴m=4.
4
练一练
观察例 3 中每一组的 3个集合,它们之间还有什么关系
2.补集与全集
新知探究
在例3中,观察(1),可以发现,A S,S中的元素-2,-1,1,2 去掉 A 中的元素-1,1后,剩下的元素为-2,2,这两个元素组成的集合就是 B.
观察 (2)(3),它们也有同样的特征这时称 B 是 A 在 S中的补集.
补集
1. 定义
文字语言
设A S,由_____________的所有元素组成的集合称为S的子集A的补集,记作 CsA,读作“_________________”.
S中不属于A
A在S中的补集
概念归纳
符号语言
CsA=______________________
{ x∣x∈S,且 x A }
图形语言
2. 本质
补集既是集合之间的一种关系,也是集合的基本运算之一.
3. 作用
①依据定义求集合的补集;
②求参数的值或范围;
③补集思想的应用.
概念归纳
全集
如果一个集合包含我们所研究问题中涉及的_____元素,那么就称这个集合为全集,全集通常记作U.
所有
概念归纳
例7.设全集U=R,不等式组 的解集为 A,
试求A 及 UA,并把它们分别表示在数轴上.
2x-1>0
3x-6≤0
注意:实心点与空心点的区别.
例8.(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=______________.
解析 (1)如图,在数轴上表示出集合M,可知 UM={x|-2≤x≤2}.
A
{2,3,5,7}
(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}.
典例剖析
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.
总结归纳
例9.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.
典例剖析
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.
总结归纳
例10.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.
综上所述,实数a的取值范围为{a|a≤1或a≥2}.
典例剖析
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.
总结归纳
解析
D
练一练
解析
D
练一练
解析
B
练一练
解析
-1或2
练一练
BD
解析
练一练
解析
B
练一练
解析
A
练一练
解析
B
练一练
解析
B
练一练
解析
{x|-2≤x≤-1或0≤x≤2}
解析
A=P
练一练
解
练一练
课本练习
1.写出下列集合的所有子集:
(1){1};
(2){1,2};
(3){1,2,3}.
课本练习
3.判断下列表述是否正确:
课本练习
解:(1)不正确.(2)不正确.(3)正确.(4)正确.
(5)不正确.(6)不正确.(7)正确.(8)正确.
4.若U=Z,A={x|x=2k,k∈Z},B={x|x=2k+1,k∈Z),
则 UA = . UB = .
5. U( UA) = .
6,已知U=R,A={x|x<0},求 UA.
课本练习
B
A
A
UA={x|x≥0}.
习题1.2
感受·理解
1.如图,试说明集合A,B,C之间有什么包含关系.
3,已知U={x|x是至少有一组对边平行的四边形),A={x |x是平行四边形),求 UA.
解:{x|x 是梯形}.
4.(1)已知U={1,2,3,4),A={1,3},求 UA ;
(2)已知U={1,3},A={1,3},求 UA ;
(3)已知U=R,A={x|x≥2},求 UA ;
(4)已知U=R.A=(x|-2≤x<2),求 UA.
感受·理解
思考·运用
解:(1)不成立.(2)不成立.(3)成立.
解:(1){m|m<1}.(2){m|m≥1}.
思考·运用
探究·拓展
易错点1 混淆元素与集合、集合与集合之间的关系而致错
解析
AC
错因分析
易错点2 忽视对空集的讨论而致错
解析
C
错因分析
易错点3 忽略端点的取值情况而致错
解析
C
错因分析
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
C
解析 集合N的真子集有23-1=7(个).
分层练习-基础
知识点一:子集与真子集
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
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.
B
分层练习-基础
3.已知集合A={x|0A.A∈B B.A B C.B A D.B A
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.
B
分层练习-基础
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( )
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;
分层练习-基础
C
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.{ }
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.
分层练习-基础
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____________.
{0,1,3}
解析 当a=0时,A= ,满足题意;
分层练习-基础
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=____________.
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}.
{-1,0}
{-1,0}
分层练习-基础
8.设A={x|2解析 因为B A,又B≠ ,
{a|3≤a≤4}
所以3≤a≤4,即a的取值范围是{a|3≤a≤4}.
分层练习-基础
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}.
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.
分层练习-巩固
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,
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}.
分层练习-巩固
A
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
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.
分层练习-巩固
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.
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 ①当A无真子集时,A= ,即方程ax2+2x+1=0无实根,
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}.
分层练习-巩固
13.已知集合M={x|x2+2x-a=0}.
(1)若 ?M,求实数a的取值范围;
解 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}.
分层练习-巩固
(2)若N={x|x2+x=0}且M N,求实数a的取值范围.
解 ∵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,
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,
当C={1,2}时,b=3;
当C={1}或{2}时,Δ=b2-8=0,
∴C= 或{1}或{2}或{1,2}.
当C= 时,Δ=b2-8<0,
分层练习-拓展
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3C.{-1,3,4,5} D.{3,4,5}
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}.
知识点二:全集和补集
分层练习-基础
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
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.
AB
分层练习-基础
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
D
分层练习-基础
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
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).
分层练习-基础
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}
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.
分层练习-基础
-3
二、填空题
6.设U={0,1,2,3},A={x|x2+mx=0},若 UA={1,2},则实数m=________.
解析 ∵ UA={1,2},∴A={0,3},
∴0,3是方程x2+mx=0的两个根,
∴m=-3.
分层练习-基础
7.已知全集U=R,A={x|1≤x解析 因为 UA={x|x<1或x≥2},
所以A={x|1≤x<2}.
所以b=2.
2
分层练习-基础
8.若集合A={x|-1≤x<1},当S=R时, SA=__________________;
当S={x|-4≤x≤1}时, SA=_______________________.
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}.
{x|x<-1或x≥1}
{x|-4≤x<-1或x=1}
分层练习-基础
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.
分层练习-巩固
10.已知集合A={x|-1解 RA={x|x≤-1或x>3}.
综上可知,实数m的取值范围是
当B≠ 时,要使B RA成立,
分层练习-巩固
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=________.
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.
分层练习-巩固
12.已知全集U=R,集合P={x|x≤0或x≥6},M={x|a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,
{x|0{a|a≤-4或0≤a≤1}
∴a≤-4或0≤a≤1.
分层练习-巩固
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.
分层练习-拓展
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;
综上实数a的取值范围为{a|a>1}.
1.理解5个概念——(1)子集;(2)真子集;(3)空集;(4)全集;(5)补集.
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.
课堂小结
3.注意3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.
(3)混淆元素与集合、集合与集合之间的关系而致错
4.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.
课堂小结