2019-2020年高中數(shù)學競賽輔導資料《集合》.doc
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2019-2020年高中數(shù)學競賽輔導資料《集合》 集合的劃分反映了集合與子集之間的關系,這既是一類數(shù)學問題,也是數(shù)學中的解題策略——分類思想的基礎,在近幾年來的數(shù)學競賽中經常出現(xiàn),日益受到重視,本講主要介紹有關的概念、結論以及處理集合、子集與劃分問題的方法。 1. 集合的概念 集合是一個不定義的概念,集合中的元素有三個特征: (1) 確定性 設是一個給定的集合,是某一具體對象,則或者是的元素,或者不是的元素,兩者必居其一,即∈與僅有一種情況成立。 (2) 互異性 一個給定的集合中的元素是指互不相同的對象,即同一個集合中不應出現(xiàn)同一個元素。 (3) 無序性 2. 集合的表示方法 主要有列舉法、描述法、區(qū)間法、語言敘述法。常用數(shù)集如:應熟記。 3. 實數(shù)的子集與數(shù)軸上的點集之間的互相轉換,有序實數(shù)對的集合與平面上的點集可以互相轉換。對于方程、不等式的解集,要注意它們的幾何意義。 4. 子集、真子集及相等集 (1)或=; (2)且≠; (3)=且。 5. 一個階集合(即由個元素組成的集合)有個不同的子集,其中有-1個非空子集,也有-1個真子集。 6. 集合的交、并、補運算 ={且};={或} 且} 要掌握有關集合的幾個運算律: (1) 交換律 =,=; (2) 結合律()=(), ()=(); (3) 分配律 ()=()() ()= () () (4)0—1律 =,=,=,= (5)等冪律 =,= (6)吸收律 ()=,()= (7)求補律 CIA=,CIA= (8)反演律 7. 有限集合所含元素個數(shù)的幾個簡單性質 設表示集合所含元素的個數(shù),(1), 當時, (2)- 例題講解 元素與集合的關系 1. 設={|=,},求證:(1)∈(); (2) 2. 以某些整數(shù)為元素的集合具有下列性質:①中的元素有正數(shù),有負數(shù); ②中的元素有奇數(shù),有偶數(shù);③-1;④若,∈,則+∈試判斷實數(shù)0和2與集合的關系。 3. 設為滿足下列條件的有理數(shù)的集合:①若∈,∈,則+∈, ;②對任一個有理數(shù),三個關系∈,-∈,=0有且僅有一個成立。證明:是由全體正有理數(shù)組成的集合。 兩個集合之間的關系 在兩個集合之間的關系中,我們感興趣的是“子集”、“真子集”、“相等”這三種特殊關系。這些關系是通過元素與集合的關系來揭示的,因而判斷兩個集合之間的關系通??蓮呐袛嘣嘏c這兩個集合的關系入手。 4. 設函數(shù),集合, 。 (1) 證明:; (2) 當時,求。 (3) 當只有一個元素時,求證:. 5.為非空集合,對于1,2,3的任意一個排列,若,則 (1) 證明:三個集合中至少有兩個相等。 (2) 三個集合中是否可能有兩個集無公共元素? 6.已知集合: 問 (1) 當取何值時,為含有兩個元素的集合? (2) 當取何值時,為含有三個元素的集合? 7.設且≥15,都是{1,2,3,…,}真子集,,且 ={1,2,3,…,}。證明:或者中必有兩個不同數(shù)的和為完全平方數(shù)。 課后練習 1.下列八個關系式:①{0}= ②=0 ③ {} ④{}⑤{0} ⑥0 ⑦{0} ⑧{} 其中正確的個數(shù) ( ) (A)4 (B)5 (C)6 (D)7 2.設A、B是全集U的兩個子集,且AB,則下列式子成立的是 ( ) (A)CUACUB (B)CUACUB=U (C)ACUB= (D)CUAB= 3.已知M=,且,設,則 ( ) (A)M (B)N (C)P (D) 4.設集合,則 ( ) (A) (B) (C) (D) 5.設M={1,2,3,…,1995},A是M的子集且滿足條件: 當x∈A時,15xA,則A中元素的個數(shù)最多是_______________. 6.集合A,B的并集A∪B={a1,a2,a3},當且僅當A≠B時,(A,B)與(B,A)視為不同的對,則這樣的(A,B)對的個數(shù)有_________________. 7.若非空集合A={x|2a+1≤x≤3a-5},B={x|3≤x≤22},則能使AA∩B成立的a的取值范圍是_______________. 8.若A={x|0≤x2+ax+5≤4}為單元素集合,則實數(shù)a的值為___________________. 9.設A={n|100≤n≤600,n∈N},則集合A中被7除余2且不能被57整除的數(shù)的個數(shù)為______________. 10.己知集合A={x|x=f(x)},B={x|x=f(f(x))},其中f(x)=x2+ax+b (a,b∈R), 證明:(1)AB (2)若A只含有一個元素,則A=B . 11.集合A={(x,y)},集合B={(x,y),且0}, 又A,求實數(shù)m的取值范圍. 課后練習答案 1-4 C C B A 5.解:由于1995=15133,所以,只要n>133,就有15n>1995.故取出所有大于133而不超過1995的整數(shù). 由于這時己取出了159=135, … 15133=1995. 故9至133的整數(shù)都不能再取,還可取1至8這8個數(shù),即共取出1995—133+8=1870個數(shù), 這說明所求數(shù)≥1870。 另一方面,把k與15k配對,(k不是15的倍數(shù),且1≤k≤133)共得133—8=125對,每對數(shù)中至多能取1個數(shù)為A的元素,這說明所求數(shù)≤1870,綜上可知應填1870 6.解:A=φ時,有1種可能;A為一元集時,B必須含有其余2元,共有6種可能;A為二元集時,B必須含有另一元.共有12種可能;A為三元集時,B可為其任一子集.共8種可能.故共有1+6+12+8=27個. 7.解:由A非空知2a+1≤3a-5,故a≥6. 由AAB知AB. 即3≤2a+1且3a-5≤22, 解之,得1≤a≤9. 于是知6≤a≤9 8.解:由.若,則A有無數(shù)個元,若,則A為空集,只有當即時,A為單元素集或.所以 9.解:被7除余2的數(shù)可寫為7k+2. 由100≤7k+2≤600.知14≤k≤85. 又若某個k使7k+2能被57整除,則可設7k+2=57n. 即. 即n-2應為7的倍數(shù). 設n=7m+2代入,得k=57m+16. ∴14≤57m+16≤85. m=0,1.于是所求的個數(shù)為85-(14-1)-2=70 10.證明:(1) (2)設A={c},即二次方程f(x)-x=0有惟一解c,即c為 f(x)-x=0的重根. ∴ f(x)-x=(x-c)2 即f(x)=(x-c)2+x,于是f(f(x))=(f(x)-c)2+f(x), f(f(x))-x=(f(x)-c)2+f(x)-x=[(x-c)2+x-c]2+(x-c)2=0 ∴ 故f(f(x))=x也只有惟一解x=c,即B={c}. 所以A=B 11.解:由得 設 由數(shù)形結合得: 解得: 例題答案: 1.分析:如果集合={|具有性質},那么判斷對象是否是集合的元素的基本方法就是檢驗是否具有性質。 解:(1)∵,∈且=,故∈; (2)假設,則存在,使= 即 (*) 由于與具有相同的奇偶性,所以(*)式左邊有且僅有兩種可能:奇數(shù)或4的倍數(shù),另一方面,(*)式右邊只能被4除余2的數(shù),故(*)式不能成立。由此,。 2.解:由④若,∈,則+∈可知,若∈,則 (1) 由①可設,∈,且>0,<0,則-=|| (||∈) 故,-∈,由④,0=(-)+∈。 (2)2。若2∈,則中的負數(shù)全為偶數(shù),不然的話,當-()∈()時,-1=(-)+∈,與③矛盾。于是,由②知中必有正奇數(shù)。設,我們取適當正整數(shù),使 ,則負奇數(shù)。前后矛盾。 3.證明:設任意的∈,≠0,由②知∈,或-∈之一成立。再由①,若∈,則;若-∈,則??傊?,。 取=1,則1∈。再由①,2=1+1∈,3=1+2∈,…,可知全體正整數(shù)都屬于。 設,由①,又由前證知,所以∈。因此,含有全體正有理數(shù)。 再由①知,0及全體負有理數(shù)不屬于。即是由全體正有理數(shù)組成的集合。 4.解:(1)設任意∈,則=.而 故∈,所以. (2) 因,所以 解得 故 。由得 解得 ={。 5.證明:(1)若,則 所以每個集合中均有非負元素。 當三個集合中的元素都為零時,命題顯然成立。 否則,設中的最小正元素為,不妨設,設為中最小的非負元素,不妨設則-∈。 若>0,則0≤-<,與的取法矛盾。所以=0。 任取因0∈,故-0=∈。所以,同理。 所以=。 (3) 可能。例如=={奇數(shù)},={偶數(shù)}顯然滿足條件,和與都無公共元素。 6.解:=。與分別為方程組 (Ⅰ) (Ⅱ) 的解集。由(Ⅰ)解得()=(0,1)=(,);由(Ⅱ)解得 ()=(1,0),(,) (1) 使恰有兩個元素的情況只有兩種可能: ① ② 由①解得=0;由②解得=1。 故=0或1時,恰有兩個元素。 (2) 使恰有三個元素的情況是:= 解得,故當時,恰有三個元素。 7.證明:由題設,{1,2,3,…,}的任何元素必屬于且只屬于它的真子集之一。 假設結論不真,則存在如題設的{1,2,3,…,}的真子集,使得無論是還是中的任兩個不同的數(shù)的和都不是完全平方數(shù)。 不妨設1∈,則3,否則1+3=,與假設矛盾,所以3∈。同樣6,所以6∈,這時10,,即10∈。因≥15,而15或者在中,或者在中,但當15∈時,因1∈,1+15=,矛盾;當15∈時,因10∈,于是有10+15=,仍然矛盾。因此假設不真。即結論成立。- 配套講稿:
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