2.2 充分条件、必要条件、充要条件
学习任务 核心素养
1.结合具体实例,理解充分条件、必要条件、充要条件的意义.(重点、难点) 2.会求(判断)某些问题成立的充分条件、必要条件、充要条件.(重点) 3.理解性质定理、判定定理和定义与充分条件和必要条件之间的关系.(重点) 4.能够利用命题之间的关系判定充要关系或进行充要条件的证明.(难点) 1.通过充要条件的判断,提升逻辑推理素养. 2.借助充要条件的应用,培养数学运算素养.
“充分”“必要”是我们日常生活中经常使用的词语,你知道下列语句中的这两个词分别表达的是什么意思吗?
(1)“不断出现的数据让禁放派理由更加充分”(《中国青年报》).
(2)“做到了目标明确、数据翔实、理由充分、逻辑严密”(《人民日报》).
(3)“文学不只是知识,同时也是一种能力,写作对于一个文学系的学生而言是一种必要的素质”(《人民日报》).
知识点1 充分条件与必要条件
命题真假 “若p,则q”是真命题 “若p,则q”是假命题
推出关系 p____q p___q
条件关系 p是q的______条件 q是p的______条件 p不是q的______条件 q不是p的______条件
“p q”含义的理解:一方面,一旦p成立,q一定也成立.即p对q的成立是充分的;另一方面,如果q不成立,那么p一定不成立;即q对p的成立是必要的.
1.(1)p是q的充分条件与q是p的必要条件所表示的推出关系是否相同?
(2)以下五种表述形式:①p q;②p是q的充分条件;③q的充分条件是p;④q是p的必要条件;⑤p的必要条件是q.这五种表述形式等价吗?
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)q是p的必要条件时,p是q的充分条件. ( )
(2)q不是p的必要条件时,“pq”成立. ( )
(3)若q是p的必要条件,则q成立,p也成立. ( )
知识点2 充要条件
(1)如果p q,且______,那么称p是q的____________条件,简称p是q的______条件.
为了方便起见,p是q的充要条件,就记作______,称为“p与q等价”或“p等价于q”.“ ”和“ ”都具有传递性,即
①如果p q,q s,则p s;
②如果p q, q s,则p s.
(2)若p q,但q p,则称p是q的充分且不必要条件.
(3)若q p,但p q,则称p是q的必要且不充分条件.
(4)若p q,且q p,则称p是q的既不充分又不必要条件.
2.(1)若p是q的充要条件,则命题p和q是两个相互等价的命题,这种说法对吗?
(2)“p是q的充要条件”与“p的充要条件是q”的区别在哪里?
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
知识点3 性质定理和判定定理与充分必要条件的关系
(1)性质定理是指某类对象具有的__________,所以性质定理具有“________”;
(2)判定定理是指对象只要具有某具体的特征,就一定有该对象的__________,所以判定定理具有“________”;
(3)数学中的定义既可以作为判定,也可以作为性质.即数学中的定义具有“充要性”.
2.“同位角相等”是“两直线平行”的( )
A.充分且不必要条件
B.必要且不充分条件
C.充要条件
D.既不充分又不必要条件
类型1 充分条件、必要条件的判断
【例1】指出下列各题中p是q的什么条件.
(1)p:x-3=0,q:(x-2)(x-3)=0;
(2)p:两个三角形相似,q:两个三角形全等;
(3)p:a>b,q:ac>bc.
[尝试解答]___________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
定义法判断充分条件、必要条件
(1)确定谁是条件,谁是结论.
(2)尝试从条件推结论,若条件能推出结论,则条件为充分条件,否则就不是充分条件.
(3)尝试从结论推条件,若结论能推出条件,则条件为必要条件,否则就不是必要条件.
[跟进训练]
1.指出下列各组命题中,p是q的什么条件.
(1)p:四边形的对角线相等,q:四边形是平行四边形;
(2)p:(x-1)2+(y-2)2=0,q:(x-1)(y-2)=0.
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
类型2 充要条件的探求与证明
【例2】已知a,b是实数,求证:a4-b4-2b2=1成立的充要条件是a2-b2=1.
[尝试解答]___________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
充要条件的证明策略
(1)要证明一个条件p是不是q的充要条件,需要从充分性和必要性两个方向进行,即证明两个命题“若p,则q”为真且“若q,则p”为真.
(2)在证明的过程中也可以转化为集合的思想来证明,写出集合A={x|p(x)}及B={x|q(x)},利用集合间的包含关系进行判断,证明前必须分清充分性和必要性,即搞清楚由哪些条件推证到哪些结论.
提醒:证明时一定要注意,分清充分性与必要性的证明方向.
[跟进训练]
2.试证:一元二次方程ax2+bx+c=0(a≠0)有一正根和一负根的充要条件是ac<0.
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
类型3 充分条件与必要条件及充要条件的应用
【例3】已知p:实数x满足3a
[尝试解答]___________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
[母题探究]
1.将本例中条件p改为“实数x满足a0”,若p是q的必要条件,其他条件不变,求实数a的取值范围.
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2.将例题中的条件“q:实数x满足-2≤x≤3”改为“q:实数x满足-3≤x≤0”,其他条件不变,求实数a的取值范围.
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
充分条件与必要条件的应用与技巧
(1)应用:可利用充分性与必要性进行相关问题的求解,特别是求参数的值或取值范围问题.
(2)技巧:先把p,q等价转化,利用充分条件、必要条件与集合间的包含关系,建立关于参数的不等式(组)进行求解.
[跟进训练]
3.已知p:-2≤x≤10,q:1-m≤x≤1+m(m>0),若p是q的充分且不必要条件,求实数m的取值范围.
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.“x>0”是“x≠0”的( )
A.充分且不必要条件 B.必要且不充分条件
C.充要条件 D.既不充分又不必要条件
2.(多选题)使x>3成立的充分条件是( )
A.x>4 B.x>5
C.x>2 D.x>1
3.设x,y∈R,则“x≥2且y≥2”是“x2+y2≥4”的( )
A.充分且不必要条件
B.必要且不充分条件
C.充要条件
D.既不充分又不必要条件
4.若“x>1”是“x>a”的充分条件,则a的取值范围是________.
5.“x2=2x”是“x=0”的________条件,“x=0”是“x2=2x”的________条件(用“充分”“必要”填空).
回顾本节知识,自我完成以下问题.
1.充分条件、必要条件及充要条件的判断方法有哪些?
2.你是怎样研究充分条件、必要条件及充要条件的?
4 / 72.2 充分条件、必要条件、充要条件
学习任务 核心素养
1.结合具体实例,理解充分条件、必要条件、充要条件的意义.(重点、难点) 2.会求(判断)某些问题成立的充分条件、必要条件、充要条件.(重点) 3.理解性质定理、判定定理和定义与充分条件和必要条件之间的关系.(重点) 4.能够利用命题之间的关系判定充要关系或进行充要条件的证明.(难点) 1.通过充要条件的判断,提升逻辑推理素养. 2.借助充要条件的应用,培养数学运算素养.
“充分”“必要”是我们日常生活中经常使用的词语,你知道下列语句中的这两个词分别表达的是什么意思吗?
(1)“不断出现的数据让禁放派理由更加充分”(《中国青年报》).
(2)“做到了目标明确、数据翔实、理由充分、逻辑严密”(《人民日报》).
(3)“文学不只是知识,同时也是一种能力,写作对于一个文学系的学生而言是一种必要的素质”(《人民日报》).
知识点1 充分条件与必要条件
命题真假 “若p,则q”是真命题 “若p,则q”是假命题
推出关系 p q pq
条件关系 p是q的充分条件 q是p的必要条件 p不是q的充分条件 q不是p的必要条件
“p q”含义的理解:一方面,一旦p成立,q一定也成立.即p对q的成立是充分的;另一方面,如果q不成立,那么p一定不成立;即q对p的成立是必要的.
1.(1)p是q的充分条件与q是p的必要条件所表示的推出关系是否相同?
(2)以下五种表述形式:①p q;②p是q的充分条件;③q的充分条件是p;④q是p的必要条件;⑤p的必要条件是q.这五种表述形式等价吗?
[提示] (1)相同,都是p q.(2)等价.
1.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)q是p的必要条件时,p是q的充分条件. ( )
(2)q不是p的必要条件时,“pq”成立. ( )
(3)若q是p的必要条件,则q成立,p也成立. ( )
[答案] (1)√ (2)√ (3)×
知识点2 充要条件
(1)如果p q,且q p,那么称p是q的充分且必要条件,简称p是q的充要条件.
为了方便起见,p是q的充要条件,就记作p q,称为“p与q等价”或“p等价于q”.“ ”和“ ”都具有传递性,即
①如果p q,q s,则p s;
②如果p q, q s,则p s.
(2)若p q,但q p,则称p是q的充分且不必要条件.
(3)若q p,但p q,则称p是q的必要且不充分条件.
(4)若p q,且q p,则称p是q的既不充分又不必要条件.
2.(1)若p是q的充要条件,则命题p和q是两个相互等价的命题,这种说法对吗?
(2)“p是q的充要条件”与“p的充要条件是q”的区别在哪里?
[提示] (1)正确.若p是q的充要条件,则p q,即p等价于q.
(2)①若p是q的充要条件,则由p q证的是充分性,由q p证的是必要性.
②若p的充要条件是q,则由p q证的是必要性,由q p证的是充分性.
知识点3 性质定理和判定定理与充分必要条件的关系
(1)性质定理是指某类对象具有的具体特征,所以性质定理具有“必要性”;
(2)判定定理是指对象只要具有某具体的特征,就一定有该对象的所有特征,所以判定定理具有“充分性”;
(3)数学中的定义既可以作为判定,也可以作为性质.即数学中的定义具有“充要性”.
2.“同位角相等”是“两直线平行”的( )
A.充分且不必要条件
B.必要且不充分条件
C.充要条件
D.既不充分又不必要条件
C [两直线平行,同位角相等.两条直线被第三条直线所截得的同位角相等,那么这两条直线平行.]
类型1 充分条件、必要条件的判断
【例1】指出下列各题中p是q的什么条件.
(1)p:x-3=0,q:(x-2)(x-3)=0;
(2)p:两个三角形相似,q:两个三角形全等;
(3)p:a>b,q:ac>bc.
[解] (1)x-3=0 (x-2)(x-3)=0,
但(x-2)(x-3)=0 x-3=0,
故p是q的充分且不必要条件.
(2)两个三角形相似 两个三角形全等,但两个三角形全等 两个三角形相似,故p是q的必要且不充分条件.
(3)a>b ac>bc,且ac>bc a>b,
故p是q的既不充分又不必要条件.
定义法判断充分条件、必要条件
(1)确定谁是条件,谁是结论.
(2)尝试从条件推结论,若条件能推出结论,则条件为充分条件,否则就不是充分条件.
(3)尝试从结论推条件,若结论能推出条件,则条件为必要条件,否则就不是必要条件.
[跟进训练]
1.指出下列各组命题中,p是q的什么条件.
(1)p:四边形的对角线相等,q:四边形是平行四边形;
(2)p:(x-1)2+(y-2)2=0,q:(x-1)(y-2)=0.
[解] (1)因为四边形的对角线相等 四边形是平行四边形,四边形是平行四边形 四边形的对角线相等,所以p是q的既不充分又不必要条件.
(2)因为(x-1)2+(y-2)2=0 x=1且y=2 (x-1)(y-2)=0,而(x-1)(y-2)=0 (x-1)2+(y-2)2=0,所以p是q的充分且不必要条件.
类型2 充要条件的探求与证明
【例2】已知a,b是实数,求证:a4-b4-2b2=1成立的充要条件是a2-b2=1.
[证明] 充分性:若a2-b2=1成立,则a4-b4-2b2=(a2+b2)(a2-b2)-2b2=a2+b2-2b2=a2-b2=1,所以a2-b2=1是a4-b4-2b2=1的充分条件.
必要性:若a4-b4-2b2=1成立,则a4-(b2+1)2=0,即(a2+b2+1)(a2-b2-1)=0.
因为a,b为实数,所以a2+b2+1≠0,所以a2-b2-1=0,即a2-b2=1.
所以a2-b2=1是a4-b4-2b2=1的必要条件.
综上可知,a4-b4-2b2=1成立的充要条件为a2-b2=1.
充要条件的证明策略
(1)要证明一个条件p是不是q的充要条件,需要从充分性和必要性两个方向进行,即证明两个命题“若p,则q”为真且“若q,则p”为真.
(2)在证明的过程中也可以转化为集合的思想来证明,写出集合A={x|p(x)}及B={x|q(x)},利用集合间的包含关系进行判断,证明前必须分清充分性和必要性,即搞清楚由哪些条件推证到哪些结论.
提醒:证明时一定要注意,分清充分性与必要性的证明方向.
[跟进训练]
2.试证:一元二次方程ax2+bx+c=0(a≠0)有一正根和一负根的充要条件是ac<0.
[证明] ①必要性:因为一元二次方程ax2+bx+c=0有一正根和一负根,所以Δ=b2-4ac>0,x1x2=<0(x1,x2为方程的两根),所以ac<0.
②充分性:由ac<0可推得Δ=b2-4ac>0及x1x2=<0(x1,x2为方程的两根).所以方程ax2+bx+c=0有两个相异实根,且两根异号,即方程ax2+bx+c=0有一正根和一负根.
综上所述,一元二次方程ax2+bx+c=0有一正根和一负根的充要条件是ac<0.
类型3 充分条件与必要条件及充要条件的应用
【例3】已知p:实数x满足3a[解] p:3aq:-2≤x≤3,即集合B={x|-2≤x≤3}.
因为p q,所以A B,
所以所以-≤a<0,
所以a的取值范围是.
[母题探究]
1.将本例中条件p改为“实数x满足a0”,若p是q的必要条件,其他条件不变,求实数a的取值范围.
[解] p:aq:-2≤x≤3,即集合B={x|-2≤x≤3}.
因为q p,所以B A,
所以所以a∈ .
2.将例题中的条件“q:实数x满足-2≤x≤3”改为“q:实数x满足-3≤x≤0”,其他条件不变,求实数a的取值范围.
[解] p:3aq:-3≤x≤0,即集合B={x|-3≤x≤0}.
因为p是q的充分条件,所以p q,所以A B,
所以
所以-1≤a<0.
所以a的取值范围是[-1,0).
充分条件与必要条件的应用与技巧
(1)应用:可利用充分性与必要性进行相关问题的求解,特别是求参数的值或取值范围问题.
(2)技巧:先把p,q等价转化,利用充分条件、必要条件与集合间的包含关系,建立关于参数的不等式(组)进行求解.
[跟进训练]
3.已知p:-2≤x≤10,q:1-m≤x≤1+m(m>0),若p是q的充分且不必要条件,求实数m的取值范围.
[解] 因为p是q的充分且不必要条件,
所以p q且q p.
即{x|-2≤x≤10}是{x|1-m≤x≤1+m,m>0}的真子集,
所以或
解得m≥9.
所以实数m的取值范围为[9,+∞).
1.“x>0”是“x≠0”的( )
A.充分且不必要条件 B.必要且不充分条件
C.充要条件 D.既不充分又不必要条件
A [由“x>0” “x≠0”,反之不一定成立.因此“x>0”是“x≠0”的充分且不必要条件.]
2.(多选题)使x>3成立的充分条件是( )
A.x>4 B.x>5
C.x>2 D.x>1
AB [x>4 x>3,x>5 x>3,其他选项不可推出x>3.]
3.设x,y∈R,则“x≥2且y≥2”是“x2+y2≥4”的( )
A.充分且不必要条件
B.必要且不充分条件
C.充要条件
D.既不充分又不必要条件
A [因为x≥2且y≥2 x2+y2≥4, x2+y2≥4 x≥2且y≥2,如x=-2,y=1,所以“x≥2且y≥2”是“x2+y2≥4”的充分且不必要条件.]
4.若“x>1”是“x>a”的充分条件,则a的取值范围是________.
(-∞,1] [因为x>1 x>a,所以a≤1.]
5.“x2=2x”是“x=0”的________条件,“x=0”是“x2=2x”的________条件(用“充分”“必要”填空).
必要 充分 [由于x=0 x2=2x,所以“x2=2x”是“x=0”的必要条件,“x=0”是“x2=2x”的充分条件.]
回顾本节知识,自我完成以下问题.
1.充分条件、必要条件及充要条件的判断方法有哪些?
[提示] (1)定义法.(2)等价法.(3)利用集合间的关系.
2.你是怎样研究充分条件、必要条件及充要条件的?
[提示] 严格按照定义判断.若已知两个命题之间的关系求参数范围时,利用数轴求解,但要注意端点值.
课时分层作业(七) 充分条件、必要条件、充要条件
一、选择题
1.已知集合A={1,a},B={1,2,3},则“a=3”是“A B”的( )
A.充分且不必要条件 B.必要且不充分条件
C.充要条件 D.既不充分又不必要条件
A [∵A={1,a},B={1,2,3},A B,∴a∈B且a≠1,∴a=2或3,∴“a=3”是“A B”的充分且不必要条件.]
2.“x2-4x-5=0”是“x=5”的( )
A.充分且不必要条件 B.必要且不充分条件
C.充要条件 D.既不充分又不必要条件
B [由x2-4x-5=0得x=5或x=-1,则当x=5时,x2-4x-5=0成立,x2-4x-5=0时,x=5不一定成立,故选B.]
3.下列条件中,是x2<4的必要且不充分条件的是( )
A.-2≤x≤2 B.-2C.0A [由x2<4得-24.“a2=b2”是“a2+b2=2ab”的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充分必要条件 D.既不充分又不必要条件
B [法一:若a2=b2,则当a=-b≠0时,有a2+b2=2a2,2ab=-2a2,即a2+b2≠2ab,所以由“a2=b2” “a2+b2=2ab”;若a2+b2=2ab,则有a2+b2-2ab=0,即(a-b)2=0,所以a=b,则有a2=b2,即“a2+b2=2ab” “a2=b2”.所以“a2=b2”是“a2+b2=2ab”的必要不充分条件.故选B.
法二:因为“a2=b2” “a=-b或a=b”,“a2+b2=2ab” “a=b”,所以本题可以转化为判断“a=-b或a=b”与“a=b”的关系,又“a=-b或a=b”是“a=b”的必要不充分条件,所以“a2=b2”是“a2+b2=2ab”的必要不充分条件.故选B.]
5.设x,y∈R,“x≠0且y≠0”的充分且不必要条件是( )
A.|x|+|y|≠0 B.xy>0
C.x2+y2=0 D.x+y≠0
B [对于A,取x=1,y=0可知|x|+|y|≠0 x≠0且y≠0,不满足条件;
对于B,xy>0 x≠0且y≠0,反之,取x=1,y=-1可知x≠0且y≠0 xy>0,满足条件;
对于C,x2+y2=0 x=y=0 x≠0且y≠0,不满足条件;
对于D,取x=1,y=0可知,x+y≠0x≠0且y≠0,不满足条件,故选B.]
二、填空题
6.下列说法不正确的是________.(填序号)
①“x>5”是“x>4”的充分条件;
②“xy=0”是“x=0且y=0”的充分条件;
③“-2② [②中由xy=0不能推出x=0且y=0,则②不正确;①③正确.]
7.已知a,b是实数,则“a>0且b>0”是“a+b>0且ab>0”的________条件.
充要 [因为a>0,b>0,所以a+b>0,ab>0,所以充分性成立;因为ab>0,所以a与b同号,又a+b>0,所以a>0且b>0,所以必要性成立.故“a>0且b>0”是“a+b>0且ab>0”的充要条件.]
8.下列式子:
①a<0其中能使<成立的充分条件有______.(填序号)
①②④ [当a<0当b当b<0当0所以能使<成立的充分条件有①②④.]
三、解答题
9.(源自北师大版教材)在下列各题中,试判断p是q的什么条件.
(1)p:A B,q:A∩B=A;
(2)p:a=b,q:|a|=|b|;
(3)p:四边形的对角线相等,q:四边形是平行四边形.
[解] (1)因为命题“若A B,则A∩B=A”为真命题,并且“若A∩B=A,则A B”也为真命题,所以p是q的充要条件;
(2)因为“a=b” “|a|=|b|”,但是“|a|=|b|”不能推出“a=b”,例如,“|1|=|-1|”,而“1≠-1”,所以p是q的充分且不必要条件;
(3)因为“四边形的对角线相等”不能推出“四边形是平行四边形”,并且“四边形是平行四边形”也不能推出“四边形的对角线相等”,所以p既不是q的充分条件,也不是q的必要条件.
10.(1)是否存在实数m,使2x+m<0是x<-1或x>3的充分条件?
(2)是否存在实数m,使2x+m<0是x<-1或x>3的必要条件?
[解] (1)欲使2x+m<0是x<-1或x>3的充分条件,
则只要 {x|x<-1或x>3},
即只需-≤-1,所以m≥2.
故存在实数m≥2,使2x+m<0是x<-1或x>3的充分条件.
(2)欲使2x+m<0是x<-1或x>3的必要条件,则只要{x|x<-1或x>3} ,
这是不可能的.
故不存在实数m,使2x+m<0是x<-1或x>3的必要条件.
11.设甲、乙、丙是三个命题,如果甲是乙的必要条件,丙是乙的充分条件但不是乙的必要条件,那么( )
A.丙是甲的充分条件,但不是甲的必要条件
B.丙是甲的必要条件,但不是甲的充分条件
C.丙既不是甲的充分条件,也不是甲的必要条件
D.无法判断
A [
因为甲是乙的必要条件,所以乙 甲.又因为丙是乙的充分条件,但不是乙的必要条件,所以丙 乙,但乙 丙,如图.综上,有丙 甲,但甲 丙,即丙是甲的充分条件,但不是甲的必要条件.]
12.若非空集合A,B,C满足A∪B=C,且B不是A的子集,则( )
A.“x∈C”是“x∈A”的充分条件但不是必要条件
B.“x∈C”是“x∈A”的必要条件但不是充分条件
C.“x∈C”是“x∈A”的充要条件
D.“x∈C”既不是“x∈A”的充分条件又不是“x∈A”的必要条件
B [由A∪B=C且B不是A的子集知,x∈A x∈C,x∈C x∈A,所以x∈C是x∈A的必要且不充分条件.]
13.若A={x|a3},且A是B的充分条件,则实数a的取值范围为________.
{a|a≤-3或a≥3} [因为A是B的充分条件,
所以A B,
又A={x|a3}.
因此a+2≤-1或a≥3,
所以实数a的取值范围是{a|a≤-3或a≥3}.]
14.已知条件p:x<-1或x>3,条件q:x<-m+1或x>m+1(m>0),若条件p是条件q的充分且不必要条件,则实数m的取值范围是________.
{m|03},B={x|x<-m+1或x>m+1},
因为条件p是条件q的充分且不必要条件,即集合A是集合B的真子集,
所以或
解得m<2,
又m>0,所以实数m的取值范围是{m|015.求证:关于x的方程ax2+bx+c=0有一个根是1的充要条件是a+b+c=0.
[证明] 假设p:方程ax2+bx+c=0有一个根是1,
q:a+b+c=0.
①证明p q,即证明必要性.
∵x=1是方程ax2+bx+c=0的根,
∴a·12+b·1+c=0,
即a+b+c=0.
②证明q p,即证明充分性.
由a+b+c=0,得c=-a-b.
∵ax2+bx+c=0,
∴ax2+bx-a-b=0,
即a(x2-1)+b(x-1)=0.
故(x-1)(ax+a+b)=0,
∴x=1是方程ax2+bx+c=0的一个根.
综上,方程ax2+bx+c=0有一个根是1的充要条件是a+b+c=0.
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