13 集合的基本运算.docx
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13集合的基本运算
3.1 交集与并集
[读教材·填要点]
1.交集与并集的定义
自然语言
符号语言
图形语言
交集
由既属于集合A又属于集合B的所有元素组成的集合,叫作A与B的交集,记作A∩B(读作“A交B”).
A∩B={x|x∈A且x∈B}
并集
由属于集合A或属于集合B的所有元素组成的集合,叫作A与B的并集,记作A∪B(读作“A并B”).
A∪B={x|x∈A或x∈B}
2.交集、并集运算的性质
(1)交集运算性质:
A∩B=B∩A,A∩A=A,A∩∅=∅,(A∩B)⊆A,(A∩B)⊆B,A⊆B⇔A∩B=A,(A∩B)∩C=A∩(B∩C).
(2)并集运算性质:
A∪B=B∪A,A∪A=A,A∪∅=A,A⊆(A∪B),B⊆(A∪B),A⊆B⇔A∪B=B,(A∪B)∪C=A∪(B∪C).
[小问题·大思维]
1.数学活动课上,小强说:
“若x∉(A∩B),则x∉A且x∉B.”小刚说:
“若x∉(A∪B),则x∉A且x∉B.”这两个同学说的都对吗?
为什么?
提示:
A∩B是由既属于A又属于B的元素确定的集合,x∉(A∩B)可分三种情况:
x∉A且x∈B,x∈A且x∉B,x∉A且x∉B,即小强同学说的不正确.A∪B是由属于A或属于B的元素确定的集合,即A、B两集合的元素都在A∪B中,若x∉(A∪B),则必有x∉A且x∉B,即小刚同学说的正确.
2.当集合A与B没有公共元素时,A与B没有交集,对吗?
提示:
不对,当A与B没有公共元素时,A与B的交集为空集,即A∩B=∅.
3.能否认为A∪B是由A的所有元素和B的所有元素所组成的集合?
为什么?
提示:
不能,因为A与B可能有公共元素,上述观点违背了集合元素的互异性.
[研一题]
[例1]
(1)设集合M={m∈Z|-3<m<2},N={n∈Z|-1≤n≤3},则M∩N等于( )
A.{0,1} B.{-1,0,1}
C.{0,1,2}D.{-1,0,1,2}
(2)已知集合A={x|-4≤x<2},B={x|-1<x≤3},求A∩B,A∪B.
[自主解答]
(1)由已知M={-2,-1,0,1},N={-1,0,1,2,3},
∴M∩N={-2,-1,0,1}∩{-1,0,1,2,3}
={-1,0,1}.
(2)分别在数轴上表示集合A和B,
根据A∩B、A∪B的定义,由右图知,
A∩B={x|-1<x<2},A∪B={x|-4≤x≤3}.
若本例
(2)中集合B={x|x≤a},求A∩B.
解:
因为A={x|-4≤x<2},
∴当a<-4时,A∩B=∅,
当-4≤a<2时,A∩B={x|-4≤x≤a},
当a≥2时,A∩B=A={x|-4≤x<2}.
[悟一法]
解决此类题目首先应看清集合中元素的属性,是数集还是点集,并化简.然后再按下列规律进行运算:
(1)如果集合是有限集,则需先把集合中的元素一一列举出来,然后结合交、并集的定义分别求出;
(2)如果集合中的元素是部分连续实数构成时,则常借助于数轴,把集合分别表示在数轴上,然后再利用交、并集的定义去求解,这样处理比较形象直观,但解答过程中需注意边界问题.
[通一类]
1.若集合P={x|x2=1},M={x|x2-2x-3=0},则P∩M等于( )
A.{3}B.{1}
C.{-1}D.∅
解析:
P={-1,1},M={-1,3},∴P∩M={-1}.
答案:
C
2.已知集合A={x|1≤x<3},B={x|x>2},试求A∩B和A∪B.
解:
利用数轴易知A∩B={x|2<x<3},A∪B={x|x≥1}.
[研一题]
[例2] 已知A={x|x2-px-2=0},B={x|x2+qx+r=0},且A∪B={-2,1,5},A∩B={-2},求p,q,r的值.
[自主解答] ∵A∩B={-2},
∴-2∈A.将x=-2代入x2-px-2=0,得p=-1.
∴A={1,-2}.
∵A∪B={-2,1,5},A∩B={-2},
∴B={-2,5}.
∴4-2q+r=0且25+5q+r=0.
解得q=-3,r=-10.
故p=-1,q=-3,r=-10.
[悟一法]
应用集合的交集、并集求解参数或确定另外集合的关键是将运算结果利用交集、并集的定义转化为元素与集合的关系,从而构造方程,不等式(组)等求解,但当出现交集为空集的情形,应首先讨论集合是否为空集.
[通一类]
3.设集合A={|a+1|,3,5},集合B={2a+1,a2+2a,a2+2a-1},当A∩B={2,3}时,求A∪B.
解:
∵2∈A,∴|a+1|=2.∴a=1或a=-3.
当a=1时,集合B的元素a2+2a=3,2a+1=3.
由集合中元素的互异性知a≠1.
当a=-3时,2a+1=-5,a2+2a=3,a2+2a-1=2,
即集合B={-5,3,2}.
∴A∪B={-5,2,3,5}.
[研一题]
[例3] 设A={x|x2-2x=0};B={x|x2-2ax+a2-a=0}.
(1)若A∩B=B,求a的取值范围;
(2)若A∪B=B,求a的值.
[自主解答] 由x2-2x=0,得x=0或x=2.
∴A={0,2}.
(1)∵A∩B=B,∴B⊆A,B=∅,{0},{2},{0,2}.
当B=∅时,Δ=4a2-4(a2-a)=4a<0,∴a<0;
当B={0}时,
∴a=0;
当B={2}时,
无解;
当B={0,2}时,
得a=1.
综上所述,得a的取值范围是{a|a=1或a≤0}.
(2)∵A∪B=B,∴A⊆B,
又∵A={0,2},而B中方程至多有两个根,
∴A=B,由
(1)知a=1.
[悟一法]
解答此类题的关键是利用交集与并集的运算性质,A∩B=A⇔A⊆B,A∪B=A⇔B⊆A,将运算结果转化为两集合间的关系,从而构造方程或不等式求解.
[通一类]
4.已知集合A={x|-2<x<3},B={x|m<x<m+9}.
(1)若A∪B=B,求实数m的取值范围;
(2)若A∩B≠∅,求实数m的取值范围.
解:
(1)∵A∪B=B,∴A⊆B,
由下图可得
∴-6≤m≤-2为所求范围;
(2)∵A∩B≠∅,∴
∴-11<m<3为所求范围.
在2012年春季召开的校运会上,某班共有28名运动员参加比赛,有15人参加径赛,有8人参加田赛,有14人参加球类比赛.同时参加田赛和径赛的有3人,同时参加径赛和球类比赛的有3人,没有同时参加三项比赛的运动员.则同时参加田赛和球类比赛的有多少人?
只参加径赛的运动员有多少人?
[巧思] 设同时参加田赛和球类比赛的人数为x,利用Venn图和题设条件向图中填数,然后利用总人数为28得关于x的方程求解即可.
[妙解] 设参加径赛的运动员组成集合A,参加田赛的运动员组成集合B,参加球类比赛的运动员组成集合C.根据题意画出Venn图,如图所示.设同时参加田赛和球类比赛的人数为x.由题意,得
9+3+3+(8-3-x)+x+(14-3-x)=28,解得x=3.
所以,同时参加田赛和球类比赛的有3人,只参加径赛的有9人.
1.(2012·福建高考)已知集合M={1,2,3,4},N={-2,2},下列结论成立的是( )
A.N⊆M B.M∪N=M
C.M∩N=ND.M∩N={2}
解析:
因为-2∉M,可排除A;M∪N={-2,1,2,3,4},可排除B;M∩N={2}.
答案:
D
2.已知集合M={x|-3<x≤5},N={x|-5<x<5},则M∩N等于( )
A.{x|-5<x<5}B.{x|-3<x<5}
C.{x|-5<x≤5}D.{x|-3<x≤5}
解析:
M∩N={x|-3<x<5}.
答案:
B
3.满足{1}∪A={1,2}的集合A的个数是( )
A.1B.2
C.3D.4
解析:
∵{1}∪A={1,2},∴A={2}或A={1,2}.
答案:
B
4.设A={0,1,2,4,5,7},B={1,3,6,8,9},C={3,7,8},则A∩B=________,(A∩B)∪C=________.
解析:
∵A∩B={1},
∴(A∩B)∪C={1}∪{3,7,8}={1,3,7,8}.
答案:
{1} {1,3,7,8}
5.已知集合A={x|-1≤x≤1},B={x|x>a}且满足A∩B=∅,则实数a的取值范围为________.
解析:
利用数轴,∵A∩B=∅,∴a≥1.
答案:
a≥1
6.已知关于x的方程3x2+px-7=0的解集为A,方程3x2-7x+q=0的解集为B,若A∩B={-
},求A∪B.
解:
∵A∩B={-
},∴-
∈A且-
∈B.
∴3(-
)2+p(-
)-7=0且3·(-
)2-7·(-
)+q=0.
∴p=-20,q=-
.
由3x2-20x-7=0得A={-
,7},
由3x2-7x-
=0得B={-
,
},
∴A∪B={-
,
,7}.
一、选择题
一、选择题
1.(2012·四川高考)设集合A={a,b},B={b,c,d},则A∪B=( )
A.{b} B.{b,c,d}
C.{a,c,d}D.{a,b,c,d}
解析:
依题意得知,A∪B={a,b,c,d}.
答案:
D
2.集合A={0,2,a},B={1,a2},若A∪B={0,1,2,4,16},则a的值为( )
A.0B.1
C.2D.4
解析:
由已知A∪B={0,1,2,4,16},∴
∴a=4.
答案:
D
3.如图,图形中的阴影部分表示的是( )
A.(A∪C)∩(B∪C)
B.(A∪B)∩(A∪C)
C.(A∪B)∩(B∪C)
D.(A∪B)∩C
解析:
由并集、交集的定义知(A∪C)∩(B∪C)正确.
答案:
A
4.设I={1,2,3,4},A与B是I的子集,若A∩B={1,3},则称(A,B)为一个“理想配集”.那么符合此条件的“理想配集”的个数是(规定(A,B)与(B,A)是两个不同的“理想配集”)( )
A.4B.8
C.9D.16
解析:
由题意,可用Venn图表示所有理想配集如下:
所以,符合条件的“理想配集”共有9个.
答案:
C
二、填空题
5.(2012·江苏高考)已知集合A={1,2,4},B={2,4,6},则A∪B=________.
A.a=bc
C.ab>c
解析:
集合A,B都是以列举法的形式给出,易得A∪B={1,2,4,6}.
答案:
{1,2,4,6}
6.设集合A={-1,1,3},B={a+2,a2+4},A∩B={3},则实数a的值为________.
解析:
由题意知:
a2+4>3,故a+2=3,即a=1,经验证,a=1符合题意.∴a=1.
答案:
1
7.某班共30人,其中15人喜爱篮球运动,10人喜爱乒乓球运动,8人对这两项运动都不喜爱,则喜爱篮球运动但不喜爱乒乓球运动的人数为________.
解析:
设两项运动都喜欢的人数为x,画出Venn图得到方程15-x+x+10-x+8=30⇒x=3,
∴喜爱篮球运动但不爱乒乓球运动的人数为15-3=12人.
答案:
12
8.已知集合T是方程x2+px+q=0(p2-4q>0)的解组成的集合,A={1,3,5,7,9},B={1,4,7,10},且T∩A=∅,T∩B=T,则实数p=________,q=________.
解析:
∵Δ=p2-4q>0,∴方程x2+px+q=0必有两个不等的实数根,即集合T中含有两个元素.
∵A∩T=∅,∴1,3,5,7,9∉T.
又T∩B=T,∴T
B.
∴T={4,10},即4和10是方程x2+px+q=0的根.
由韦达定理,得
∴
答案:
-14 40
三、解答题
9.已知集合A={x|-2≤x≤5},集合B={x|m+1≤x≤2m-1},且A∪B=A,试求实数m的取值范围.
解:
∵A∪B=A,∴B⊆A.
又∵A={x|-2≤x≤5}≠∅,
∴B=∅或B≠∅.
当B=∅时,有m+1>2m-1,∴m<2.
当B≠∅时,如图所示,
由数轴可得
解得2≤m≤3.
综上可得,实数m的取值范围是m<2或2≤m≤3,
即m≤3.
10.已知集合A={x|x2-mx+m2-19=0},B={y|y2-5y+6=0},C={z|z2+2z-8=0},是否存在实数m,使得A∩B≠∅,A∩C=∅同时成立?
若存在,求出实数m的值;若不存在,则说明理由.
解:
假设存在这样的实数m,
∵B={y|y2-5y+6=0}={2,3},
C={z|z2+2z-8=0}={-4,2},
又A∩C=∅,∴2∉A,-4∉A.
又A∩B≠∅,∴3∈A,把x=3代入x2-mx+m2-19=0中,解得m=5或m=-2.
当m=5时,A={2,3},与A∩C=∅矛盾,
当m=-2时,A={-5,3},符合题意,∴m=-2.
故存在m=-2,使得A∩B≠∅,A∩C=∅同时成立.
3.2 全集与补集
[读教材·填要点]
1.全集
(1)定义:
在研究某些集合的时候,这些集合往往是某个给定集合的子集,这个给定的集合叫作全集.
(2)符号表示:
全集通常记作U.
2.补集
(1)定义:
设U是全集,A是U的一个子集(即A⊆U),则由U中所有不属于A的元素组成的集合,叫作U中子集A的补集(或余集).
(2)符号表示:
U中子集A的补集记作∁UA,即∁UA={x|x∈U,且x∉A}.
(3)图示:
用Venn图表示∁UA,如图所示.
(4)运算性质:
①A∪(∁UA)=U,A∩(∁UA)=∅.
②∁U(A∩B)=(∁UA)∪(∁UB),
∁U(A∪B)=(∁UA)∩(∁UB).
[小问题·大思维]
1.任何一个集合都可以作为全集,对吗?
提示:
不对.由全集的定义可知,空集就不能当全集,因为空集不含任何元素.
2.∁UA在U中的补集∁U(∁UA)与集合A有什么关系?
提示:
相等.
3.∁AC与∁BC相等吗?
为什么?
提示:
不一定.依据补集的含义,符号∁AC和∁BC都表示集合C的补集,但是∁AC表示集合C在全集A中的补集,而∁BC表示集合C在全集B中的补集,由于集合A和B不一定相等,所以∁AC与∁BC不一定相等.因此,求集合的补集时,首先要明确全集,否则容易出错.
如集合A={1,2,3,4,5,6,7,8,9},B={0,1,2,3,4},C={1,3,4},则∁AC={2,5,6,7,8,9},∁BC={0,2},很明显∁AC≠∁BC.
[研一题]
[例1]
(1)(2012·广东高考)设集合U={1,2,3,4,5,6},M={1,2,5},则∁UM=( )
A.U B.{1,3,5}
C.{3,4,6}D.{2,4,6}
(2)U={x|1≤x≤5,x∈Z},A={x|x2-8x+15=0},B={2,3,4},求∁UA,∁UB.
[自主解答]
(1)由于U={1,2,3,4,5,6},M={1,2,4},从而∁UM={3,5,6}.
答案:
C
(2)法一:
U={x|1≤x≤5,x∈Z}={1,2,3,4,5},A={3,5},
∴∁UA={1,2,4},∁UB={1,5}.
法二:
Venn图表示.
∴∁UA={-5,-4,3,4},∁UB={-5,-4,5}.
[悟一法]
在求集合的补集运算时,①若所给的集合是有关不等式的集合,则常借助于数轴,把已知集合及全集分别表示在数轴上,然后再根据补集的定义求解,注意端点值的取舍.②若所给的集合是用列举法表示,则用Venn图求解.
[通一类]
1.
(1)已知全集U={x|-1≤x≤4},A={x|-1≤x≤1},B={x|0(2)已知全集U={不大于10的非负偶数},A={0,2,4,6},B={x|x∈A且x<4},求∁UA,A∩(∁UB).
解:
(1)∵U={x|-1≤x≤4},A={x|-1≤x≤1},
B={x|0可知∁UA={x|1∁UB={x|3结合数轴(如图).
可知(∁UB)∩A={x|-1≤x≤0};
(2)法一:
由题意知U={0,2,4,6,8,10},
A={0,2,4,6},B={0,2},
∴∁UA={8,10},∁UB={4,6,8,10}.
∴A∩(∁UB)={4,6}.
法二:
可用Venn图:
∴∁UA={8,10},A∩(∁UB)={4,6}.
[研一题]
[例2]
(1)已知全集U={2,0,3-a2},子集P={2,a2-a-2}且∁UP={-1},求实数a.
(2)已知集合A={x|2a-2<x<a},B={x|1<x<2},且A
∁RB,求a的取值范围.
[自主解答]
(1)∵∁UP={-1},∴-1∈U且-1∉P.
∴
⇒a=2.
经检验知:
a=2适合题意.
(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
或
∴a≤1.
综上所述,a≤1或a≥2.
[悟一法]
解决此类问题要充分利用补集的定义,借助题干条件,建立关于参数的方程或不等式(组)求解,必要时可借助数轴或Venn图.
[通一类]
2.设集合A={|2a-1|,2},B={2,3,a2+2a-3}且∁BA={5},则实数a的值是________.
解析:
由补集的性质可知:
∴
解得a=2.
答案:
2
3.已知集合A={x|xA.a≤2 B.a<1
C.a≥2D.a>2
解析:
∵B={x|1<x<2},∴∁RB={x|x≤1或x≥2},
由A∪(∁RB)=R,如图所示
可知a≥2.
答案:
C
[研一题]
[例3] 设集合U={x|x是小于10的正整数},A⊆U,B⊆U,且(∁UA)∩B={1,9},A∩B={2},(∁UA)∩(∁UB)={4,6,8},求A与B.
[自主解答] 法一:
∵A∩B={2},(∁UA)∩B={1,9},
∴B=(A∩B)∪[(∁UA)∩B]={1,2,9}.
∵A∪B=∁U[(∁UA)∩(∁UB)]={1,2,3,5,7,9},
又B={1,2,9},A∩B={2},∴A={2,3,5,7}.
法二:
利用Venn图,在图中标出各个元素的相关位置,可以直接写出A和B,A={2,3,5,7},B={1,2,9}.事实上,全集U由四个集合(∁UA)∩B,A∩B,A∩(∁UB)和(∁UA)∩(∁UB)组成,且以上任两个集合的交集为∅,故全集中每个元素仅属四个集合中的一个集合.
[悟一法]
解答此类交、并、补综合运算问题,常用方法有两种:
(1)通法,利用定义,注意求解的顺序.
(2)利用Venn图:
要善于用图示法来解决集合的交、并、补的运算问题,注意(∁UA)∩B,(∁UB)∩A等在图示法中的表示如图
(1)所示:
如图
(2)所示,两条封闭相交的曲线将集合U分为四个部分:
①(∁UA)∩B.②(∁UB)∩A.③A∩B.④∁U(A∪B).
[通一类]
4.已知全集U={x|x∈N,且x是不大于20的素数},M⊆U,N⊆U,且M∩(∁UN)={3,5},(∁UM)∩N={7,19},(∁UM)∩(∁UN)={2,17},求集合M,N.
解:
用图示法表示集合U,M,N(如图),将符合条件的元素依次填入图中相应的区域内.
由图可知,M={3,5,11,13},
N={7,11,13,19}.
已知U={1,2,3,4,5,6,7,8},A={3,4,5},B={4,7,8},求:
A∩B,A∪B,(∁UA)∩(∁UB),A∩(∁UB),(∁UA)∪B.
[解] 法一:
A∩B={4},A∪B={3,4,5,7,8}.
∵∁UA={1,2,6,7,8},∁UB={1,2,3,5,6},
∴(∁UA)∩(∁UB)={1,2,6},
A∩(∁UB)={3,5},
(∁UA)∪B={1,2,4,6,7,8}.
法二:
A∩B,A∪B,A∩(∁UB)求法同解法一.
(∁UA)∩(∁UB)=∁U(A∪B)={1,2,6},
(∁UA)∪B=∁U(A∩∁UB)={1,2,4,6,7,8}.
法三:
画出Venn图,如图所示,可得A∩B={4},A∪B={3,4,5,7,8},
(∁UA)∩(∁UB)={1,2,6},
A∩(∁UB)={3,5},
(∁UA)∪B={1,2,4,6,7,8}.
1.(2012·辽宁高考)已知全集U={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9},集合A={0,1,3,5,8},集合B={2,4,5,6,8},则(∁UA)∩(∁UB)=( )
A.{5,8} B.{7,9}
C.{0,1,3}D.{2,4,6}
解析:
因为A∪B={0,1,2,3,4,5,6,8},所以(∁UA)∩(∁UB)=∁U(A∪B)={7,9}.
答案:
B
2.设集合A={4,5,6,7,9},B={3,4,7,8,9},全集U=A∪B,则集合∁U(A∩B)中的元素共有( )
A.3个 B.4个C.5个 D.6个
解析:
A∪B={3,4,5,6,7,8,9},A∩B={4,7,9}
∴∁U(A∩B)={3,5,6,8}.
答案:
B
3.已知全集U={1,2,3,4,5},M={1,2},N={2,5},则如图阴影部分表示的集合是( )
A.{3,4,5} B.{1,3,4}
C.{1,2,5}D.{3,4}
解析:
由题知,阴影部分是∁U(M∪N)={3,4}.
答案:
D
4.已知全集U={-1,0,1,2,3},集合M={x|x为不大于3的自然数},则∁UM=________.
解析:
∵M={0,1,2,3}.∴∁UM={-1}.
答案:
{-1}
5.设集合A={x|x+m≥0},B={x|-2<x<4},全集U=R,且(∁UA)∩B=∅,则实数m的取值范围为________.
解析:
由已知A={x|x≥-m},
∴∁UA={x|x<-m}.
∵B={x|-2<x<4},(∁UA)∩B=∅,
∴-m≤-2,即m≥2,
∴m的取值范围是m≥2.
答案:
m≥2
6.已知全集U={x|x≤4},集合A={x|-2<x<3},B={x|-3<x≤3},求∁UA,A∩B,∁U(A∩B),(∁UA)∩B.
解:
把全集U和集合A,B在数轴上表示如右:
由图可知
∁UA={x|x≤-2或3≤x≤4},
A∩B={x|-2<x<3},
∁U(A∩B)={x|x≤-2或3≤x≤4},
(∁UA)∩B={x|-3<x≤-2或x=3}.
一、选择题
1.(2012·山东高考)已知全集U={0,1,2,3,4},集合A=