第一章 11 113 第二课时 集合的补集.docx

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第一章11113第二课时集合的补集

第二课时 集合的补集

课标要求

素养要求

1.在具体情境中,了解全集的含义.

2.理解在给定集合中一个子集的补集的含义,能求给定子集的补集.

能够在现实情境或数学情境中概括出全集、补集等数学对象的一般特征,并学会用三种语言(自然语言、图形语言、符号语言)表达和转换,提升数学抽象和数学运算素养.

教材知识探究

某学习小组学生的集合为U={王明,曹勇,王亮,李冰,张军,赵云,冯佳,薛香芹,钱忠良,何晓慧},其中在学校应用文写作比赛与技能大赛中获得过金奖的学生集合为P={王明,曹勇,王亮,李冰,张军}.

问题 那么没有获得应用文写作比赛与技能大赛金奖的学生构成的集合是什么?

提示 没有获得应用文写作比赛与技能大赛金奖的学生构成的集合为Q={赵云,冯佳,薛香芹,钱忠良,何晓慧}.

补集的概念 注意补集是相对于全集而言的,没有全集补集就不存在

(1)全集

①定义:

在研究集合与集合之间的关系时,如果所要研究的集合都是某一给定集合的子集,那么称这个给定的集合为全集.

②记法:

全集通常用U表示.

(2)补集

文字语言

如果集合A是全集U的一个子集,则由U中不属于A的所有元素组成的集合,称为A在U中的补集,记作∁UA,读作“A在U中的补集”

符号语言

∁UA={x|x∈U,且x∉A}

图形语言

(3)补集运算的性质

给定全集U及其任意一个子集A,有

①A∪(∁UA)=U;

②A∩(∁UA)=∅;

③∁U(∁UA)=A.

教材拓展补遗

[微判断]

1.根据研究问题的不同,可以指定不同的全集.(√)

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.设全集U=R,A=

,则∁UA=

.(×)

提示 A={x|0

4.设全集U={(x,y)|x∈R,y∈R},A={(x,y)|x>0且y>0},则∁UA={(x,y)|x≤0且y≤0}.(×)

提示 全集U是由平面直角坐标系内的所有点构成的集合,而集合A表示第一象限内的点构成的集合,显然所求的∁UA是错误的.

[微训练]

1.若全集U=R,集合A=[1,+∞),则∁UA=________.

解析 由补集的定义,结合数轴可得∁UA=(-∞,1).

答案 (-∞,1)

2.设集合U={1,2,3,4,5},A={1,2},B={2,3,4},则∁U(A∪B)=________.

解析 ∵A∪B={1,2,3,4},∴∁U(A∪B)={5}.

答案 {5}

[微思考]

全集是固定不变的吗?

提示 全集不是固定不变的,是相对于研究的问题而言的,如在整数范围内研究问题,Z是全集,而在实数范围内研究问题,R是全集.只讨论大于0且小于5的实数,则选{x|0

题型一 补集的基本运算

【例1】 

(1)设集合U=R,M=(-∞,-2)∪(2,+∞),则∁UM=(  )

A.[-2,2]B.(-2,2)

C.(-∞,-2)∪(2,+∞)D.(-∞,-2]∪[2,+∞)

(2)已知全集U={1,2,a2-2a+3},A={1,a},∁UA={3},则实数a=________.

解析 

(1)如图,在数轴上表示出集合M,可知∁UM=[-2,2].

(2)由题意可知

解得a=2.

答案 

(1)A 

(2)2

规律方法 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)已知全集U=[-3,+∞),集合A=(-3,4],则∁UA=________.

(2)设U={0,1,2,3},A={x|x2+mx=0},若∁UA={1,2},则实数m=________.

解析 

(1)借助数轴得∁UA={-3}∪(4,+∞).

(2)∵∁UA={1,2},∴A={0,3},

∴0,3是方程x2+mx=0的两个根,

∴m=-3.

答案 

(1){-3}∪(4,+∞) 

(2)-3

题型二 集合交、并、补的综合运算

【例2】 已知全集U=(-∞,4],集合A=(-2,3),B=[-3,2],求A∩B,(∁UA)∪B,A∩(∁UB).

解 利用数轴,分别表示出全集U及集合A,B,如图.

则∁UA=(-∞,-2]∪[3,4],

∁UB=(-∞,-3)∪(2,4];

所以A∩B=(-2,2];

(∁UA)∪B=(-∞,2]∪[3,4];

A∩(∁UB)=(2,3).

规律方法 1.求解与不等式有关的集合问题的方法

可借助数轴,利用数轴分析法求解,画数轴(这也是集合的图形语言的常用表示方式)可以使问题变得形象直观,要注意求解时端点的值是否能取到.

2.求解集合混合运算问题的一般顺序

一般先运算括号内的部分,再运算其他部分.

【训练2】 已知集合S=(1,7],A=[2,5),B=[3,7).

求:

(1)(∁SA)∩(∁SB);通过运算可以得到如下性质吗?

(2)∁S(A∪B);

(1)(∁SA)∩(∁SB)=∁S(A∪B)

(3)(∁SA)∪(∁SB);

(2)(∁SA)∪(∁SB)=∁S(A∩B)

(4)∁S(A∩B).

解 

(1)如图所示,可得

A∩B=[3,5),A∪B=[2,7),

∁SA=(1,2)∪[5,7],∁SB=(1,3)∪{7}.

由此可得:

(1)(∁SA)∩(∁SB)=(1,2)∪{7}.

(2)∁S(A∪B)=(1,2)∪{7}.

(3)(∁SA)∪(∁SB)=(1,3)∪[5,7].

(4)∁S(A∩B)=(1,3)∪[5,7].

题型三 根据补集的运算求参数的值或范围

【探究1】 如果a∈∁UB,那么元素a与集合B有什么关系?

“a∈(A∩(∁UB))”意味着什么?

解 如果a∈∁UB,那么a∉B;“a∈(A∩(∁UB))”意味着a∈A且a∉B.

【探究2】 设全集U=R,是否存在元素a,使得a∈A且a∈∁UA?

若集合A={x|-2

解 不存在a,使得a∈A且a∈∁UA;若A={x|-23}.

【探究3】 

(1)已知集合A={x|x2+ax+12b=0}和B={x|x2-ax+b=0},满足B∩(∁UA)={2},A∩(∁UB)={4},U=R,求实数a,b的值;

(2)已知集合A={x|2a-2

解 

(1)∵B∩(∁UA)={2},

∴2∈B,但2∉A.

∵A∩(∁UB)={4},

∴4∈A,但4∉B.

解得

∴a,b的值分别为

,-

.

(2)∁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

∴a≤1.

综上所述,a的取值范围为{a|a≤1或a≥2}.

规律方法 由集合的补集求解参数的方法

(1)若集合中元素个数有限时,可利用补集定义并结合集合知识求解.

(2)若集合中元素有无限个时,一般利用数轴分析法求解.

【训练3】 设全集U={2,3,a2+2a-3},A={|2a-1|,2},∁UA={5},求实数a的值.

解 ∵∁UA={5},∴5∈U,且5∉A.

∴a2+2a-3=5,解得a=2或a=-4.

当a=2时,|2a-1|=3≠5,此时A={3,2},U={2,3,5},符合题意.

当a=-4时,|2a-1|=9,此时A={9,2},U={2,3,5},

此时A不是U的子集,故a=-4舍去.

综上知a=2.

一、素养落地

1.通过全集与补集概念的学习提升数学抽象素养;通过补集的运算提升数学运算素养.

2.补集定义的理解

(1)补集是相对于全集而存在的,研究一个集合的补集之前一定要明确其所对应的全集.比如,当研究数的运算性质时,我们常常将实数集R当作全集.

(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,还是一种数学思想.

(3)从符号角度来看,若x∈U,AU,则x∈A和x∈∁UA二者必居其一.

3.若集合中元素有无限个时,与集合的交、并、补运算有关的求参数问题一般利用数轴求解,涉及集合间关系时不要忘掉空集的情形.

二、素养训练

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.∅

解析 ∵U={1,2,3,4,5},A={1,2},∴∁UA={3,4,5}.

答案 B

2.设全集U=R,集合A=(1,4),集合B=[2,5),则A∩(∁UB)=(  )

A.[1,2)B.(-∞,2)

C.[5,+∞)D.(1,2)

解析 ∁UB=(-∞,2)∪[5,+∞),A∩(∁UB)=(1,2).

答案 D

3.已知A={x|x+1>0},B={-2,-1,0,1},则(∁RA)∩B=(  )

A.{-2,-1}B.{-2}

C.{-1,0,1}D.{0,1}

解析 因为集合A={x|x>-1},所以∁RA={x|x≤-1},则(∁RA)∩B={x|x≤-1}∩{-2,-1,0,1}={-2,-1}.

答案 A

4.已知全集U=[1,5],A=[1,a),若∁UA=[2,5],则a=________.

解析 ∵A=[1,a),∁UA=[2,5],A∪(∁UA)=U=[1,5],且A∩(∁UA)=∅,因此a=2.

答案 2

5.已知全集U=[-5,3],A=[-5,-1),B=[-1,1),求∁UA,∁UB,(∁UA)∩(∁UB).

解 将集合U,A,B分别表示在数轴上,如图所示,

则∁UA=[-1,3];∁UB=[-5,-1)∪[1,3];

法一 (∁UA)∩(∁UB)=[1,3].

法二 ∵A∪B=[-5,1),

∴(∁UA)∩(∁UB)=∁U(A∪B)=[1,3].

基础达标

一、选择题

1.若全集U={0,1,2,3}且∁UA={2},则集合A的真子集共有(  )

A.3个B.5个

C.7个D.8个

解析 A={0,1,3},真子集有23-1=7(个).

答案 C

2.已知全集U={1,2,3,4,5,6,7,8},集合A={2,3,5,6},集合B={1,3,4,6,7},则集合A∩(∁UB)=(  )

A.{2,5}B.{3,6}

C.{2,5,6}D.{2,3,5,6,8}

解析 因为∁UB={2,5,8},所以A∩(∁UB)={2,5},故选A.

答案 A

3.设集合A=(1,4),B=[-1,3],则A∩(∁RB)等于(  )

A.(1,4)B.(3,4)

C.(1,3)D.(1,2)∪(3,4)

解析 ∵B=[-1,3],∴∁RB=(-∞,-1)∪(3,+∞),∴A∩(∁RB)=(3,4).

答案 B

4.已知M,N为集合I的非空真子集,且M,N不相等,若N∩(∁IM)=∅,则M∪N等于(  )

A.MB.N

C.ID.∅

解析 如图,

因为N∩(∁IM)=∅,所以N⊆M,所以M∪N=M.

答案 A

5.设全集U=R,集合A={x|x≤1或x≥3},集合B={x|k

A.k<0或k>3B.2

C.0

解析 ∵A={x|x≤1或x≥3},∴∁UA={x|1

答案 C

二、填空题

6.设全集U={1,2,3,4,5,6,7,8},集合A={1,2,3,5},B={2,4,6},则图中的阴影部分表示的集合为________.

解析 全集U={1,2,3,4,5,6,7,8},集合A={1,2,3,5},B={2,4,6},由维恩图可知阴影部分表示的集合为(∁UA)∩B,∵∁UA={4,6,7,8},∴(∁UA)∩B={4,6}.

答案 {4,6}

7.已知集合A=[-4,-2],集合B=[a,+∞),若全集U=R,且A⊆∁UB,则a的取值范围为________.

解析 ∁UB=(-∞,a),如图所示.

因为A⊆∁UB,所以a>-2.

答案 (-2,+∞)

8.已知全集U={2,3,a2-a-1},A={2,3},若∁UA={1},则实数a的值是________.

解析 ∵U={2,3,a2-a-1},A={2,3},∁UA={1},

∴1∈U,∴a2-a-1=1,即a2-a-2=0,解得a=-1或a=2.

答案 -1或2

三、解答题

9.设全集为R,A=[3,7),B=(2,10),求:

(1)A∩B;

(2)∁RA;(3)∁R(A∪B).

解 

(1)∵A=[3,7),B=(2,10),∴A∩B=[3,7).

(2)∵全集为R,A=[3,7),

∴∁RA=(-∞,3)∪[7,+∞).

(3)∵A∪B=(2,10),

∴∁R(A∪B)=(-∞,2]∪[10,+∞).

10.已知集合A={1,3,-x},B={1,x+2},是否存在实数x,使得B∪(∁AB)=A?

若存在,求出集合A和B;若不存在,说明理由.

解 假设存在x,使B∪(∁AB)=A,∴BA.

(1)若x+2=3,则x=1,符合题意.

(2)若x+2=-x,则x=-1,不符合题意.

∴存在x=1,使B∪(∁AB)=A,

此时A={1,3,-1},B={1,3}.

能力提升

11.设全集U=R,集合A={x|x≤-2或x≥5},B={x|x≤2}.求:

(1)∁U(A∪B);

(2)记∁U(A∪B)=D,C={x|2a-3≤x≤-a},且C∩D=C,求a的取值范围.

解 

(1)由题意知,A={x|x≤-2或x≥5},B={x|x≤2},

则A∪B={x|x≤2或x≥5},

又全集U=R,则∁U(A∪B)={x|2

(2)由

(1)得D={x|2

由C∩D=C得C⊆D.

①当C=∅时,有-a<2a-3,解得a>1;

②当C≠∅时,有

解得a∈∅;

综上,a的取值范围为{a|a>1}.

12.已知集合A=[0,2],B=[a,a+3].

(1)若(∁RA)∪B=R,求a的取值范围;

(2)是否存在实数a使(∁RA)∪B=R且A∩B=∅?

解 

(1)因为A=[0,2],

所以∁RA=(-∞,0)∪(2,+∞).

因为(∁RA)∪B=R,所以

解得-1≤a≤0.

所以a的取值范围为[-1,0].

(2)因为A∩B=∅,所以a>2或a+3<0,

解得a>2或a<-3.

(1)知,若(∁RA)∪B=R,则-1≤a≤0,

故不存在实数a使(∁RA)∪B=R且A∩B=∅.

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