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112集合间的基本关系

1.2 集合间的基本关系

考点

学习目标

核心素养

子集、真子集、空集的概念

理解子集、真子集、空集的概念,会用列举法求有限集的所有子集

数学抽象

集合关系的判定

能用符号和Venn图表达集合间的关系,会判断两个集合间的关系

数学抽象、逻辑推理

集合关系的应用

能根据集合的关系解决简单的求参问题

逻辑推理、数学运算

问题导学

预习教材P7-P8,并思考以下问题:

1.集合与集合之间的关系有哪几种?

如何用符号表示这些关系?

2.集合的子集是什么?

真子集又是什么?

如何用符号表示?

3.空集是什么样的集合?

空集和其他集合间具有什么关系?

1.Venn图

(1)定义:

在数学中,我们经常用平面上封闭曲线的内部代表集合,这种图称为Venn图,这种表示集合的方法叫做图示法.

(2)适用范围:

元素个数较少的集合.

(3)使用方法:

把元素写在封闭曲线的内部.

■名师点拨

表示集合的Venn图的边界是封闭曲线,它可以是圆、矩形、椭圆,也可以是其他封闭曲线.

2.子集的概念

文字语言

符号语言

图形语言

一般地,对于两个集合A,B,如果集合A中任意一个元素都是集合B中的元素,就称集合A为集合B的子集

A⊆B(或B⊇A)

■名师点拨

“集合A是集合B的子集”可以表述为:

若x∈A,则x∈B.

3.集合相等的概念

一般地,如果集合A的任何一个元素都是集合B的元素,同时集合B的任何一个元素都是集合A的元素,那么集合A与集合B相等,记作A=B,也就是说,若A⊆B,且B⊆A,则A=B.

4.真子集的概念

文字语言

符号语言

图形语言

如果集合A⊆B,但存在元素x∈B,且x∉A,就称集合A是B的真子集

AB(或BA)

■名师点拨

(1)若A⊆B,又B⊆A,则A=B;反之,如果A=B,则A⊆B,且B⊆A.

(2)若两集合相等,则两集合所含元素完全相同,与元素排列顺序无关.

(3)在真子集的定义中,AB首先要满足A⊆B,其次至少有一个x∈B,但x∉A.

5.空集

(1)定义:

不含任何元素的集合叫做空集.

(2)用符号表示为:

∅.

(3)规定:

空集是任何集合的子集.

■名师点拨

∅,0,{0}与{∅}之间的关系

∅与0

∅与{0}

∅与{∅}

相同点

都表示无的意思

都是集合

都是集合

不同点

∅是集合;0是实数

∅不含任何元素;{0}含一个元素0

∅不含任何元素;{∅}含一个元素,该元素是∅

关系

0∉∅

∅{0}

∅{∅}或∅∈{∅}

6.子集的有关性质

(1)任何一个集合是它本身的子集,即A⊆A.

(2)对于集合A,B,C,如果A⊆B,且B⊆C,那么A⊆C.

判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)

(1)“∈”“⊆”的意义是一样的.(  )

(2)集合{0}是空集.(  )

(3)空集是任何集合的真子集.(  )

(4)若集合A是集合B的真子集,则集合B中必定存在元素不在集合A中.(  )

(5)若a∈A,集合A是集合B的子集,则必定有a∈B.(  )

答案:

(1)× 

(2)× (3)× (4)√ (5)√

已知集合M={1},N={1,2,3},能够准确表示集合M与N之间关系的是(  )

A.M

C.N⊆MD.MN

答案:

D

已知集合A={x|x是三角形},B={x|x是等腰三角形},C={x|x是等腰直角三角形},D={x|x是等边三角形},则(  )

A.A⊆BB.C⊆B

C.D⊆CD.A⊆D

解析:

选B.因为等腰直角三角形必为等腰三角形,所以C⊆B.

下列四个集合中是空集的是(  )

A.{∅}B.{x∈R|x2+1=0}

C.{x|x<4或x>8}D.{x|x2+2x+1=0}

解析:

选B.A,D选项各有一个元素,C项中有无穷多个元素,x2+1=0无实数解,故选B.

已知集合A={0,1},B={-1,0,a+3},且A⊆B,则a=________.

解析:

因为A⊆B,所以a+3=1,即a=-2.

答案:

-2

集合间关系的判断

 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|-1

(3)A={x|x是正方形},B={x|x是矩形};

(4)M={x|x=2n-1,n∈N*},N={x|x=2n+1,n∈N*}.

【解】 

(1)集合A的代表元素是数,集合B的代表元素是有序实数对,故A与B之间无包含关系.

(2)集合B={x|x<5},用数轴表示集合A,B,如图所示,由图可知AB.

(3)正方形是特殊的矩形,故AB.

(4)两个集合都表示正奇数组成的集合,但由于n∈N*,因此集合M含有元素“1”,而集合N不含元素“1”,故NM.

 

1.能正确表示集合M={x∈R|0≤x≤2}和集合N={x∈R|x2-x=0}关系的Venn图是(  )

解析:

选B.解x2-x=0得x=1或x=0,故N={0,1},易得NM,其对应的Venn图如选项B所示.

2.已知集合A={x|x2-3x+2=0},B={1,2},C={x|x<8,x∈N},用适当的符号填空:

(1)A________B;

(2)A________C;

(3){2}________C;(4)2________C.

解析:

集合A为方程x2-3x+2=0的解集,即A={1,2},而C={x|x<8,x∈N}={0,1,2,3,4,5,6,7}.故

(1)A=B;

(2)AC;(3){2}C;(4)2∈C.

答案:

(1)= 

(2) (3) (4)∈

子集、真子集的个数问题

 

(1)(2019·安庆检测)已知集合A={x∈R|x2-3x+2=0},B={x∈N|0

A.1            B.2

C.3D.4

(2)已知集合A={x∈R|x2=a},使集合A的子集个数为2的a的值为(  )

A.-2B.4

C.0D.以上答案都不是

(3)若A={2,3,4},B={x|x=mn,m,n∈A且m≠n},则集合B的非空真子集的个数为(  )

A.3B.6

C.7D.8

【解析】 

(1)由x2-3x+2=0,得x=1或x=2,所以A={1,2}.由题意知B={1,2,3,4},所以满足条件的C可为{1,2,3},{1,2,4}.

(2)由题意知,集合A中只有1个元素,必有x2=a只有一个解;若方程x2=a只有一个解,必有a=0.

(3)由题意A={2,3,4},B={x|x=mn,m,n∈A且m≠n},可知B={6,8,12},所以集合B的非空真子集的个数为:

23-2=6.

【答案】 

(1)B 

(2)C (3)B

(变条件)若将本例

(1)的条件改为{2,3}⊆C⊆{1,2,3,4,5},试写出集合C的所有可能.

解:

当C中含有两个元素时,C为{2,3};

当C中含有三个元素时,C为{2,3,1},{2,3,4},{2,3,5};

当C中含有四个元素时,C为{2,3,1,4},{2,3,1,5},{2,3,4,5};

当C中含有五个元素时,C为{2,3,1,4,5};所以满足条件的集合C为{2,3},{2,3,1}{2,3,4},{2,3,5},{2,3,1,4},{2,3,1,5},{2,3,4,5},{2,3,1,4,5}.

(1)求集合子集、真子集个数的3个步骤

(2)与子集、真子集个数有关的4个结论

假设集合A中含有n个元素,则有

①A的子集的个数有2n个;

②A的非空子集的个数有2n-1个;

③A的真子集的个数有2n-1个;

④A的非空真子集的个数有2n-2个. 

 若集合A{1,2,3},且A中至少含有一个奇数,则这样的集合有________个.

解析:

若A中含有一个奇数,则A可能为{1},{3},{1,2},{3,2};

若A中含有两个奇数,

则A={1,3}.

答案:

5

由集合间的包含关系求参数

 已知集合A={x|-3≤x≤4},B={x|11),且B⊆A,则实数m的取值范围是________.

【解析】 由于B⊆A,结合数轴分析可知,m≤4,

又m>1,所以1

【答案】 1

1.(变条件)本例若将“B={x|11)”改为“B={x|1

解:

若m≤1,则B=∅,满足B⊆A.

若m>1,则由例题解析可知1

综上可知m≤4.

2.(变条件)本例若将“B={x|11)”改为“B={x|2m-1

解:

因为B⊆A,

①当B=∅时,m+1≤2m-1,解得m≥2.

②当B≠∅时,有

解得-1≤m<2.

综上得m≥-1.

3.(变条件)本例若将集合A,B分别改为A={-1,3,2m-1},B={3,m2},其他条件不变,则实数m的值又是什么?

解:

因为B⊆A,所以m2=2m-1,即(m-1)2=0,所以m=1,当m=1时,A={-1,3,1},B={3,1}满足B⊆A.所以m的值为1.

由集合间的包含关系求参数的方法

(1)当集合为不连续数集时,常根据集合包含关系的意义,建立方程求解,此时应注意分类讨论;

(2)当集合为连续数集时,常借助数轴来建立不等关系求解,应注意端点处是实点还是虚点.

[注意] 

(1)不能忽视集合为∅的情形.

(2)当集合中含有字母参数时,一般需要分类讨论. 

 已知集合A={x|x2+x-6=0},B={x|mx+1=0},BA,求m的值.

解:

A={x|x2+x-6=0}={-3,2}.

因为BA,

所以B={-3}或B={2}或B=∅.

当B={-3}时,

由m·(-3)+1=0,得m=

.

当B={2}时,

由m·2+1=0,得m=-

.

当B=∅时,m=0.

综上所述,m=

或m=-

或m=0.

1.下列命题中正确的是(  )

A.空集没有子集

B.空集是任何一个集合的真子集

C.任何一个集合必有两个或两个以上的子集

D.设集合B⊆A,那么,若x∉A,则x∉B

解析:

选D.空集有唯一一个子集,就是其本身,故A,C错误;空集是任何一个非空集合的真子集,故B错误;由子集的概念知D正确.

2.已知集合A={x|x=3k,k∈Z},B={x|x=6k,k∈Z},则A与B之间的最适合的关系是(  )

A.A⊆B        B.A⊇B

C.ABD.AB

解析:

选D.集合A是能被3整除的整数组成的集合,集合B是能被6整除的整数组成的集合,所以BA.

3.满足{a}⊆M{a,b,c,d}的集合M共有(  )

A.6个B.7个

C.8个D.15个

解析:

选B.依题意a∈M,且M{a,b,c,d},因此M中必含有元素a,且可含有元素b,c,d中的0个、1个或2个,即M的个数等于集合{b,c,d}的真子集的个数,有23-1=7(个).

4.设集合A={1,3,a},B={1,1-2a},且B⊆A,则a的值为________.

解析:

由题意得1-2a=3或1-2a=a,

解得a=-1或a=

.

当a=-1时,

A={1,3,-1},B={1,3},符合条件.

当a=

时,

A=

,B=

,符合条件.

所以a的值为-1或

.

答案:

-1或

[A 基础达标]

1.(2019·衡水检测)已知集合A={1,2,3,4,5,6},B={3,4,5,X},若B⊆A,则X可以取的值为(  )

A.1,2,3,4,5,6       B.1,2,3,4,6

C.1,2,3,6D.1,2,6

解析:

选D.由B⊆A和集合元素的互异性可知,X可以取的值为1,2,6.

2.已知集合A={x|x2-9=0},则下列式子表示正确的有(  )

①3∈A;②{-3}∈A;③∅⊆A;④{3,-3}⊆A.

A.4个B.3个

C.2个D.1个

解析:

选B.根据题意,集合A={x|x2-9=0}={-3,3},依次分析4个式子:

对于①3∈A,3是集合A的元素,正确;

②{-3}∈A,{-3}是集合,有{-3}⊆A,错误;

③∅⊆A,空集是任何集合的子集,正确;

④{3,-3}⊆A,任何集合都是其本身的子集,正确;共有3个正确.

3.已知a为给定的实数,那么集合M={x|x2-3x-a2+2=0,x∈R}的子集的个数为(  )

A.1B.2

C.4D.不确定

解析:

选C.方程x2-3x-a2+2=0的根的判别式Δ=1+4a2>0,

所以方程有两个不相等的实数根,

所以集合M有2个元素,所以集合M有22=4个子集.

4.已知集合M=

,N={x|x=

},则(  )

A.M=N

B.MN

C.MN

D.M与N没有相同元素

解析:

选C.因为

(2k+1),

(k+2),当k∈Z时,2k+1是奇数,k+2是整数,又奇数都是整数,且整数不都是奇数,所以MN.故选C.

5.已知集合P={x|x2=1},Q={x|ax=1},若Q⊆P,则a的值是(  )

A.1B.-1

C.1或-1D.0,1或-1

解析:

选D.由题意,当Q为空集时,a=0,符合题意;当Q不是空集时,由Q⊆P,得a=1或a=-1.所以a的值为0,1或-1.

6.设集合M={(x,y)|x+y<0,xy>0}和P={(x,y)|x<0,y<0},那么M与P的关系为________.

解析:

因为xy>0,所以x,y同号,又x+y<0,所以x<0,y<0,即集合M表示第三象限内的点,而集合P也表示第三象限内的点,故M=P.

答案:

M=P

7.已知∅{x|x2+x+a=0},则实数a的取值范围是________.

解析:

因为∅{x|x2+x+a=0},所以方程x2+x+a=0有实数根,即Δ=1-4a≥0,a≤

.

答案:

a≤

8.设A={x|-1a},若AB,则a的取值范围是________.

解析:

集合A,B在数轴上表示如图,由AB可求得a≤-1,注意端点能否取到是正确求解的关键.

答案:

a≤-1

9.判断下列集合间的关系:

(1)A={-1,1},B={x∈N|x2=1}.

(2)P={x|x=2n,n∈Z},Q={x|x=2(n-1),n∈Z}.

(3)A={x|x-3>2},B={x|2x-5≥0}.

(4)A={x|x=a2+1,a∈R},B={x|x=a2-4a+5,a∈R}.

解:

(1)用列举法表示集合B={1},故BA.

(2)因为Q中n∈Z,所以n-1∈Z,Q与P都表示偶数集,所以P=Q.

(3)因为A={x|x-3>2}={x|x>5},

B={x|2x-5≥0}=

所以利用数轴判断A,B的关系.

如图所示,AB.

(4)因为A={x|x=a2+1,a∈R}={x|x≥1},

B={x|x=a2-4a+5,a∈R}={x|x=(a-2)2+1,a∈R}={x|x≥1},所以A=B.

10.(2019·葫芦岛检测)已知集合A={a,a-1},B={2,y},C={x|1

(1)若A=B,求y的值;

(2)若A⊆C,求a的取值范围.

解:

(1)若a=2,则A={1,2},所以y=1.

若a-1=2,则a=3,A={2,3},

所以y=3,

综上,y的值为1或3.

(2)因为C={x|2

所以

所以3

[B 能力提升]

11.已知集合A={0,1},B={x|x⊆A},则下列关于集合A与B的关系正确的是(  )

A.A⊆BB.AB

C.BAD.A∈B

解析:

选D.因为x⊆A,所以B={∅,{0},{1},{0,1}},则集合A={0,1}是集合B中的元素,所以A∈B,故选D.

12.已知A={x|x<-2或x>3},B={x|4x+m<0},当A⊇B时,求实数m的取值范围.

解:

集合A在数轴上表示如图.

要使A⊇B,则集合B中的元素必须都是A中的元素,

即B中元素必须都位于阴影部分内.

那么由4x+m<0,

即x<-

知,-

≤-2,

即m≥8,

故实数m的取值范围是m≥8.

13.已知集合A={x|-2≤x≤5},B={x|m+1≤x≤2m-1}.

(1)若B⊆A,求实数m的取值范围;

(2)当x∈Z时,求A的非空真子集的个数;

(3)当x∈R时,不存在元素x使x∈A且x∈B同时成立,求实数m的取值范围.

解:

(1)当m+1>2m-1,即m<2时,B=∅满足题意;

当m+1≤2m-1,

即m≥2时,要使B⊆A成立,

则有m+1≥-2且2m-1≤5,可得-3≤m≤3,即2≤m≤3.

综上可知,当m≤3时,B⊆A.

(2)当x∈Z时,A={-2,-1,0,1,2,3,4,5},共8个元素,故A的非空真子集的个数为28-2=254(个).

(3)因为x∈R,A={x|-2≤x≤5},B={x|m+1≤x≤2m-1},且不存在元素x使x∈A且x∈B同时成立,

所以A,B没有公共元素.

当m+1>2m-1,

即m<2时,B=∅满足题意;

当m+1≤2m-1,

即m≥2时,要使A,B没有公共元素,

则有

解得m>4.

综上所述,当m<2或m>4时,不存在元素x使x∈A且x∈B同时成立.

[C 拓展探究]

14.已知集合A={2,4,6,8,9},B={1,2,3,5,8},若非空集合C是这样一个集合:

其各元素都加2后,就变为A的一个子集,若各元素都减2后,则变为B的一个子集,则集合C=________.

解:

由题意知C⊆{0,2,4,6,7},C⊆{3,4,5,7,10},所以C⊆{4,7}.又因为C≠∅,所以C={4},{7}或{4,7}

答案:

{4},{7}或{4,7}

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