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集合与简易逻辑复习与小结

集合与简易逻辑复习与小结

 

一、基础知识总结

基础知识框图表解

常绝时鱼不并氏]鬲单曲分式用竽贰

一朮二次力探

垠G国

 

二、重点知识归纳、总结

1、集合部分

解决集合问题时,首先要明确集合元素的意义,弄清集合由哪些元素组成,需要对集合的文字语言、符号语言、图形语言进行相互转化•其次,由于集合知识概念多、符号多,所以要注意集合的特性,空集的特殊性,符号的表示的特殊性•三是注意知识间的内在联系,注意集合思想与函数思想的联系,集合与不等式、解析几何、三角函数等知识的联系.

确是性

V互异性

(1)集合中元素的三大特征L无序性

「按元素前个数分为有除集和无限集

(2)集合的分类I按元素的性质可分为数氯点集等

-列举法

<描困吿

(3)集合的三种表示方法L丈氏图梏

(4)集合的运算

1n元集合共有2n个子集,其中有2n—1个真子集,2n-1个非空子集;

2AQB={x|x€A且x€B}

3AUB={x|x€A或x€B}

4-A={x|x€S且x^A},其中A二S.

2、不等式的解法

(1)含有绝对值的不等式的解法

1|x|va(a>0)=—a

|x|>a(a>0)=x>a,或x<—a.

2|f(x)|

|f(x)|>g(x)=f(x)>g(x)或f(x)<—g(x).

3|f(x)|<|g(x)|=[f(x)]2v[g(x)]2=[f(x)+g(x)][f(x)—g(x)]<0.

4对于含有两个或两个以上的绝对值符号的绝对值不等式,利用零点分段讨论法”去绝

对值.如解不等式:

|x+3|—|2x—1|<3x+2.

(2)一元二次不等式的解法

任何一个一元二次不等式,经过不等式的同解变形,都能化为ax2+bx+c>0(a>0),

或ax2+bx+cv0(a>0)的形式,再根据大于取两边,小于夹中间”得解集(若判别式

△W0则利用配方法求解较方便).

详细解集见下表:

判别式

△=b2—4ac

△>0

△=0

△<0

二次函数

y=ax2+bx+c

y=ax2+bx+c

y=ax2+bx+c

y=ax2+bx+c

「分类讨论去幷班

*

(3)分式不等式的解法L转整式不等式

1分类讨论去分母法:

s(^)1/(^)>久町苫仗)1/Wv祕材昭(力

gWV(^)£如翻L/W>

2转整式不等式法:

运用时,必须使不等式一边为0,转化为.wo形式,则:

>0口畑烛心>Q兀讥用卩㈤馆吐0gWUw工0

J澤扶转化为不等式齟弟解

(4)高次不等式的解法iFL

3、简易逻辑知识

逻辑联结词或”且”非”是判断简单合题与复合命题的依据;真值表是由简单命题和真假判断复合命题真假的依据,理解好四种命题的关系,对判断命题的真假有很大帮助;掌握好反证法证明问题的步骤.

J简車命题

(1)命题曳合齡题

1简单命题:

不含逻辑联结词的命题

2复合命题:

由简单命题与逻辑联结词构成的命题

(2)复合命题的真值表

非p形式复合命题的真假可以用下表表示

p

非p

p且q形式复合命题的真假可以用下表表示

p

q

p且q

p或q形式复合命题的真假可以用下表表示

p

q

p或q

真I

真J

真n

|—假

(3)四种命题及其相互之间的关系

一个命题与它的逆否命题是等价的.

(4)充分、必要条件的判定

1若p三q且q芦p,则p是q的充分不必要条件;

2若p古q且p,则p是q的必要不充分条件;

3若p=q且q=p,则p是q的充要条件;

4若p右q且q吕p,则p是q的既不充分也不必要条件•

(5)反证法

反证法是命题与其逆否命题等价”这一理论的具体体现,用反证法证明命题的一般步骤是:

1假设命题的结论不成立•

2经过推理论证,得出矛盾•

3由矛盾判定假设不正确,从而肯定命题的结论正确

4、运用知识、运用方法过程中应注意的主要问题

(1)正确理解集合的概念必须掌握构成集合的两个必要条件:

研究对象是具体的,其属性是确定的.

(2)在判断给定对象能否构成集合时,特别要注意它的确定性”在表示一个集合时,要特别注意它的互异性”无序性”

(3)在集合运算中必须注意组成集合的元素应具备的性质.

(4)对由条件给出的集合要明白它所表示的意义,即元素指什么,是什么范围.用集合表示不等式(组)的解集时,要注意分辨是交集还是并集,结合数轴或文氏图的直

观性帮助思维判断.空集是任何集合的子集,但因为不好用文氏图形表示,容易被忽视,如在关系式'_••中,易漏掉三二的情况.

(5)若集合中的元素是用坐标形式表示的,要注意满足条件的点构成的图形是什么,用数形结合法解之.

(6)若集合中含有参数,须对参数进行分类讨论,讨论时既不重复又不遗漏.

(7)解不等式的基本思想是化归、转化,解含有参数的不等式常需要分类讨论,同解变形是解不等式的理论依据.

(8)学习四种命题,关键是理解命题结构及逻辑联结词或”且”、非”的含义,掌握四种命题间的关系是学习充要条件的基础.

(9)基本的逻辑知识是认识问题和研究问题不可缺少的工具,是我们进行学习、

掌握和使用语言的基础,数学又是逻辑性很强的学科,因此,学习一些逻辑知识是非常必要的,通过学习和训练可以规范和提高推理的技能,发展思维能力•重点是正确使用逻辑联结词或”且”非”是否使用得当的依据是真值表,利用真值表再结合四种命题的充要条件可判定复合命题的真假性•注意区别一些易错的逻辑关系,如都是”

都不是”、不都是”

5、在学习和运用集合知识的过程中,须注意的几个问题

目前在中学数学教学中,集合知识主要有两方面的应用.

(1)把集合作为一种数学语言,以表达一定范围或具有某些特性的元素•例如,方程(或方程组)的解集,不等式(或不等式组)的解集,具有某种性质或满足某些条件的数集、点集、向量集(以后会学)等,因集合元素的任意性,使得集合语言有着广泛的应用性.

(2)使用集合间的运算法则或运算思想,解决某些逻辑关系较复杂的问题•例如,运用集合法判断真假复合命题和充要条件,运用集合的交集思想、并集思想、补集思想解题等.

三、学法指导

(1)要注意理解、正确运用集合概念

例1、若P={y|y=X2,x€R},Q={y|y=x2+1,x€R},则PQQ等于()

A.PB.QC.;:

D.不知道

分析:

类似上题知P集合是y=x2(x€R)的值域集合,同样Q集合是y=x2+1(x€R)的值域集合,这样PQQ意义就明确了.

解:

事实上,P、Q中的代表元素都是y,它们分别表示函数y=x2,y=x2+1的值域,

由P={y|y>0},Q={y|y>1},知庶p,即pnq=q

•••应选B.

例2、若P={y|y=x2,x€R},Q={(x,y)|y=x2,x€R},则必有()

A.pnQ=OB.PQ

C.P=QD.P'Q

分析:

有的同学一接触此题马上得到结论P=Q这是由于他们仅仅看到两集合中的y=x2,x€R相同,而没有注意到构成两个集合的元素是不同的,P集合是函数值域集合,Q集合

是y=x2,x€R上的点的集合,代表元素根本不是同一类事物.

解:

正确解法应为:

P表示函数y=x2的值域,Q表示抛物线y=x2上的点组成的点集,因此PnQ&.

•••应选A.

(2)要充分注意集合元素的互异性

集合元素的互异性,是集合的重要属性,教学实践告诉我们,集合中元素的互异性常常被学生在解题中忽略,从而导致解题的失败,下面再结合例题进一步讲解以期强化对集合元素互异性的认识.

例3、若A={2,4,a-2a2—a+7},B={1,a+1,aF-2a+2,——(a2-3a—8),a3+a2+3a+7},且AnB={2,5},试求实数a的值.

解:

tAnB={2,5},

•-a—2a—a+7=5,

由此求得a=2或a=±1.

至此不少学生认为大功告成,事实上,这只是保证A={2,4,5},集合B中的元素是

什么,它是否满足元素的互异性,有待于进一步考查.

当a=1时,a2-2a+2=1,与元素的互异性相违背,故应舍去a=1.

当a=-1时,B={1,0,5,2,4},与AQB={2,5}相矛盾,故又舍去a=-1.

当a=2时,A={2,4,5},B={1,3,2,5,25},此时AQB={2,5},满足题设.

故a=2为所求.

例4、已知集合A={x|x2—3x+2=0},B={x|x2—ax+a—仁0},且AUB=A,贝Va的值为

分析:

由AUB=^E匸山而推出B有四种可能,进而求出a的值.

解:

tAUB=A

BeA

tA={1,2},二B==或B={1}或B={2}或B={1,2}.

若B=「,则令△<0得a€二,;

若B={1},则令△=0得a=2,此时1是方程的根;

若B={2},则令△=0得a=2,此时2不是方程的根,

•••a€Q;

若B={1,2}则令△>0得a€R且a工2,把x=1代入方程得a€R,把x=2代入方程

综上a的值为2或3.

点评:

本题不能直接写出B={1,a—1},因为a—1可能等于1,与集合元素的互异性矛盾,另外还要考虑到集合B有可能是空集,还有可能是单元素集的情况.

(3)要注意掌握好证明、判断两集合关系的方法

集合与集合之间的关系问题,是我们解答数学问题过程中经常遇到,并且必须解决的问题,因此应予以重视.

反映集合与集合关系的一系列概念,都是用元素与集合的关系来定义的•因此,在证明(判断)两集合的关系时,应回到元素与集合的关系中去.

例5、设集合A={a|a=n2+1,n€N*},集合B={b|b=k2—4k+5,k€N*},试证:

A’B.

证明:

任设a€A,

则a=n2+1=(n+2)2—4(n+2)+5(n€N*),

•/n€N,「.n+2€N

•••a€B故-"①

显然,八—「1汀,而由

B={b|b=k2—4k+5,k€N}={b|b=(k—2)2+1,k€N}

知1€B,于是A工B②

由①、②得A-B.

点评:

(1)判定集合间的关系,其基本方法是归结为判定元素与集合之间关系.

(2)判定两集合相等,主要是根据集合相等的定义.

(3)两个集合A、B相等,之所以不以“A、B所含元素完全相同”来定义,而是用子集来定义,显然比较科学,它具有可操作性,用起来很方便.

(4)要注意空集的特殊性和特殊作用

空集是一个特殊的重要集合,它不含任何元素,是任何集合的子集,是任何非空集合的真子集.显然,空集与任何集合的交集为空集,与任何集合的并集仍等于这个集

合•当题设中隐含有空集参与的集合关系时,其特殊性很容易被忽视的,从而引发解题失误.

例6、已知集合A={x|x2+(m+2)x+1=0,x€R},若AAR+=己,则实数m的取值范围是

分析:

从方程观点看,集合A是关于x的实系数一元二次方程x2+(m+2)x+1=0的解集,而x=0不是方程的解,所以由AQR+=0可知该方程只有两个负根或无实数根,从而分别由判别式转化为关于m的不等式,并解出m的范围.

解:

由AQR+=©又方程x2+(m+2)x+仁0无零根,

所以该方程只有两个负根或无实数根,

1

A=[和十2『一4A0,「如‘丿”°或厶=(m+2)2—4<0.

解得m>0或一4—4.

点评:

此题容易发生的错误是由AQR+=°只片面地推出方程只有两个负根(因为两根

之积为1,因为方程无零根),而把A=°漏掉,因此要全面准确理解和识别集合语言.

例7、已知集合A={x|x2—3x—10<0},集合B={x|p+Kx<2—1}.若B—A,求实数p的取值范围.

解:

由x2—3x—10<0得一2

欲使B匚A,只须

一毎刀十1吕-址3

匕严105

•••p的取值范围是一3

上述解答忽略了“空集是任何集合的子集”这一结论,即时,符合题设.

应有:

①当B工°时,即p+K2p—1

p>2.

由B匚A得:

一2

•••2wpw3

②当B=0时,即p+1>2p—1=pv2.

由①、②得:

pw3.

点评:

从以上解答应看到:

解决有关AnB勿、AUB=0

A

B等集合问题易忽视空集

的情况而出现漏解,这需要在解题过程中要全方位、多角度审视问题.

(5)要注意集合语言与其它数学语言互译的准确性

事实上,各种数学语言形态间的互译,可为我们在更广阔的思维领域里寻找问题的解决途径,因而这种互译是我们在解题过程中常常必须做的事情.

对于用集合语言叙述的问题,求解时往往需要转译成一般的代数语言或几何语言.

解:

集合B表示方程

即方程x2—x—a—2=0②

有等根时a的取值集合.

方程②有等根的条件是厶=(—1)2—4(—a—2)=0,

以上解法对吗?

不难看出,将A译为方程②有等根时a的取值集合是不准确的.

转译时忽视了X2—2工0,即卜卜忑这一隐含条件.

可见,与方程①等价的应是混合组:

4

(I)

-r-df-2=0@

^-2^0③

因此,在讨论方程②有唯一实根时,须照顾到③:

I工卜V.

由于方程①为分式方程,可能有增根,

当条件②的二实根中有一个是方程①的增根』-忑或

时,方程①也只有一

个实根,正确解法是:

2

,适合③;

方程①等价于混合组(I)

9

(1)当②有等根时,同上解得a=—■-,此时

(2)当②有两个不等的实根时,由△>0可得a>—-.

当—忑为①的增根时,由②得

说-迈-

当“忑为①的增根时,由②得

住=忑.

眉=-~r-V2

(1)、

(2)得L°

点评:

(1)集合语言转译成其它语言,转译的准确与否直接关系到解题的成功与失败.

(2)集合语言与其它语言转译过程中,根据问题的需要也可能转译成图形语言,利用数形结合解题.根据解题需要,有时也可能将其它语言转译为集合语言.

(6)要注意数形结合解集合问题

集合问题大都比较抽象,解题时要尽可能借助文氏图、数轴或直角坐标系等工具将抽象问题直观化、形象化、明朗化,然后利用数形结合的思想方法使问题灵活直观地获解.

例9、设A={x|—21},B={x|x2+ax+b<0},已知AUB={x|x>—2},AnB={x|1

分析:

可在数轴上画出图形,利用图形分析解答.

解:

如图所示,设想集合B所表示的范围在数轴上移动,

申.一麻莎谿筋瀝

显然当且仅当B覆盖住集合{x|—1vx<3},

才能使AUB={x|x>—2},且AnB={x|1

根据二次不等式与二次方程的关系,

可知一1与3是方程x2+ax+b=0的两根,

a=—(—1+3)=—2,b=(—1)>3=—3.

点评:

类似本题多个集合问题,借助于数轴上的区间图形表示进行处理,采用数形结合的方法,会得到直观、明了的解题效果.

例10、若关于x的不等式|x+2|—11—x|

分析:

可利用补集思想解题,先求不等式|x+2|+|1-x|

即对任意实数x,总有|x+1|+|x—2|>a.

aw|x+2|+|1-x|

的最小值.

|x+2|+|l-x|=

[-3虑-2

2x41-21

知:

一3<|x+2|+|1-x|<3.

|x+2|—11—x|

故|x+2|-11-x|—3.

(7)要注意交集思想、并集思想、补集思想的运用

对于一些比较复杂、比较抽象,条件和结论之间关系不明朗,难于从正面入手的数学问题,在解题时,可调整思路,从问题的反面入手,探求已知与未知的关系,这样能起到反难为易,化隐为显,从而将问题得以解决,这就是正难则反”的解题策略,是补

集思想的具体应用.

有的问题,根据问题具体情况,也可采用交集思想、并集思想去处理.

例11、已知集合A={x|x2-4mx+2m+6=0,x€R},若APR-^,求实数m的取值范围.

分析:

集合A是方程x2-4mx+2m+6=0①的实数解组成的非空集合,

APR-工二意味着方程①的根有:

(1)两负根,

(2)—负根一零根,

(3)

—负根一正根三种情况,分别求解较麻烦,上述三种情况虽可概括为方程①

的较小根

但在目前的知识范围内求解存在困难,

如果考虑题设APRzJ的反面:

APR-=J,

则可先求方程①的两根xi、X2均非负时m的取值范围•用补集思想求解尤为简便.

解:

设全集U={m|△=(-4m)2-4(2m+6)>0}

若方程x2—4m灶2m^6=0的二根为Xi、X2均非负,

<

tn€E/,

3

珂十工2=4胡茫口二>呕±—,

珂七-2^+6>0.

2

因此,{m|m\三}关于U补集{m|m<—1}即为所求.

点评:

采用“正难则反”的解题策略.具体地说,就是将所研究对象的全体视为全集,求出使问题反面成立的集合A,即便为所求.

例12、命题甲:

方程x2+mx+仁0有两个相异负根;命题乙:

方程4x2+4(m—2)x+1=0无实根,这两个命题有且只有一个成立,求m的取值范围.

分析:

使命题甲成立的m的集合为A,使命题乙成立的m的集合为B,有且只有一个命题成立是求A^B与[尺貝QB的并集.

解:

使命题甲成立的条件是:

•••集合A={m|m>2}.

使命题乙成立的条件是:

△2=16(m—2)2—16<0,二1vm<3.

集合B={m|1

若命题甲、乙有且只有一个成立,则有:

(1)m€AQ5",

(2)m€5虫QB.

[B

若为

(1),则有:

AQr={m|m>2}Q{m|m<1或m>3}={m|m>3};

若为

(2),则有:

BQ={m|1

综合

(1)、

(2)可知所求m的取值范围是{m|13}.

点评:

(1)本题体现了集合语言、集合思想的重要作用;

(2)用集合语言来表示m的范围既准确又简明;

(3)今后注意结合问题具体情况,运用交集思想、并集思想、补集思想.

高考解析

1、(上海)设ai、3、ci、a2、b2、C2、均为非零实数,不等式aix2+bix+ci>0和a2x2

+b2x+C2>0的解集分别为集合M和N,那么“”是M=N”的什么条件?

分析:

利用二次函数与一元二次不等式的关系•

玉亠5

•••如果--:

--,贝ym=n”,

如果'*则M邛J”,

“一*--”一"M=N”;

反之若M=N=二,即说明二次不等式的解集为空集,与它们的系数比无任何关系,

只要求判别式小于零.因此,M=N”芦玄绻^”,因此既非充分也非必要条件.

答案:

即非充分又非必要条件

2、(高考试题)设a,b是两个实数,集合A={(x,y)|x=n,y=na+b,n€Z},B={(x,y)|x=m,y=3m2+15,m€Z},C={(x,y)|x2+y2<144是xoy平面内的点集,讨论是否存在a与b,使是

AQB^''和(a,b)€C同时成立?

分析:

解决此题的关键是集合语言向非集合数学语言转化,将隐晦的数学含义显露出来.

解法:

假设存在实数a与b,同时满足题设中的两个条件,即有:

从中消去b得a2+(3n2+15-na)2w144,

即:

(1+n2)a2-2n(3n2+15)a+(3n2+15)2—144<0.

此时判别式△=4n2(3n2+15)2—4(1+n2)[(3n2+15)2—144]

=36(—n4+6n2—9)

=—36(n2—3)2

•••n€乙•••△<0,又二次项系数1+n2>0,

•••上述关于a的二次不等式无解,因此同时满足题意中两个条件的实数a与b是

不存在的•

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