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【高中数学精讲】集合与函数—集合的运算(3)综合例题讲解

 当以读书通世事 2023-09-07 发布于甘肃

【学习导引】本节的内容接上两期:

【高中数学精讲】集合与函数—集合的运算(2)并集和补集

【高中数学精讲】集合与函数—集合的运算(1)交集

讨论集合运算的综合例题。
1、德摩根(De Morgan)定律:
.(“交之补”等于“补之并”)图片.(“并之补”等于“补之交”)图片德摩根定律可以实现交、并、补集运算的相互转化。
2解答有关交、并、补集综合运算的题目,时常借助于图、数轴等工具,采用数形结合的思想,但是在解答过程中要注意集合性质的等价转化(利用德摩根定律,如【例题1】和【例题3】)。
3当题设条件中含有“至少”“至多”等词语且包含的情况较多时,为了避免分类讨论,我们可以利用补集思想来求解,即采用“正难则反”的原则从问题的对立面出发进行求解,最后取相应的集合的补集(如【例题3】)。
4、以集合的运算为载体,常常会出现诸如求参数取值范围,借助补集思想解决问题以及定义新概念、新运算和实际应用问题,解决这些问题时,要注意利用数轴数形结合处理。而对新概念、新运算问题,解决的关键是正确理解新概念或运算,再结合集合的运算来处理。

下面我们举例说明:

【例题1】已知全集,,,,则( ).
..
.
..
..
详解:利用德摩根定律,结合图,可以很便捷的分析集合与全集的关系.
根据德摩根定律可得:
.
,
.
此处已经能够判断选项是正确的,下面我们继续分析集合中的元素.
,
∴元素在集合中,但不在集合中.
,
∴元素在集合中,但不在集合中.
结合,可知:
集合,集合, 由以上结论画出图如下:图片可以看出:.
答案:.

【例题2】已知全集,集合,,若,则的值为( ).
..
.
..
..
分析:根据,可知,由此可求得参数,解一元二次方程可以得到集合;再根据集合满足的条件确定集合中包含的某些元素,即一元二次方程的根,进而确定参数.
详解:∵,
,代入至方程得:
,解得:.
所以,集合中的一元二次方程为.
解该方程得:.
∴集合.
,
,(若,则,则,这与矛盾).
所以,代入至方程得:
,
化简得:.
解得:
检验是否都满足题意:
①当时,方程,
解得:.
此时,集合;
成立,符合题意;
②当时,方程,
解得:.
此时,集合=,
,不合题意,
所以,舍去.
综上所述,.
答案:.

【例题3】设集合,,.
(1)若,求的取值范围;
(2)若,求的取值范围.
分析:(1)根据已知条件可分别得到集合的取值范围和方程解得参数表达,此时我们发现如果根据的条件进行分类讨论,需要讨论4种情况,此时我们采用补集思想进行求解:求的取值范围,再求补集即可;
(2)根据,得到,再根据原命题与其逆否命题等价,则,即,解不等式组即可。
详解:(1)∵,
.
,.
,
.
①当,即时,
.
此时不成立,舍去;
②当,即时,
方程的两根为
.
若使得成立,
则需成立
.

解得:.
成立时,.
(2)∵,∴.
根据原命题与其逆否命题等价,
则有:.
由(1)可知:,
①当,即时,
成立.
②当,即时,
集合.
若使得成立,
则需满足.
,
解得:.
综上所述,的取值范围是.

【例题4】某班举行数理化竞赛,每人至少参加一科,已知参加数学竞赛的有27人,参加物理竞赛的有25人,参加化学竞赛的有27人,其中参加数学、物理两科的有10人,参加物理、化学两科的有7人,参加数学、化学两科的有11人,而参加数、理、化三科的有4人,则全班人数为___.
解析:设参加数学、物理、化学三科竞赛的同学组成的集合分别为.由题意可知,集合中的元素个数分别为,集合,,,中的元素个数分别为.画出图,如图所示:图片故全班人数为.
答案:.

【刊误说明】上期文章

【高中数学精讲】集合与函数—集合的运算(2)并集和补集 

中有一处刊误:

图片

红色方框处应改为:.
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