§1.1 集 合
课标要求 1.了解集合的含义,了解全集、空集的含义.2.理解元素与集合的属于关系,理
解集合间的包含和相等关系.3.会求两个集合的并集、交集与补集.4.能用自然语言、图形语言、
集合语言描述不同的具体问题,能使用Venn图表示集合间的基本关系和基本运算.
知识梳理
1.集合与元素
(1)集合中元素的三个特性:确定性、互异性、无序性.
(2)元素与集合的关系是属于或不属于,用符号∈或∉表示.
(3)集合的表示法:列举法、描述法、图示法.
(4)常见数集的记法
非负整数
正整 有理
集合 集(或自 整数集 实数集
数集 数集
然数集)
符号 N N*(或N ) Z Q R
+
2.集合的基本关系
(1)子集:一般地,对于两个集合A,B,如果集合A中任意一个元素都是集合B中的元素,
就称集合A为集合B的子集,记作 A ⊆ B (或B⊇A).
(2)真子集:如果集合A⊆B,但存在元素x∈B,且 x ∉ A ,就称集合A是集合B的真子集,
记作 A B (或BA).
(3)相等:若A⊆B,且 B ⊆ A ,则A=B.
(4)空集:不含任何元素的集合叫做空集,记为∅.空集是任何集合的子集,是任何非空集合
的真子集.
3.集合的基本运算
表示 集合语言 图形语言 记法运算
并集 { x | x ∈ A ,或 x ∈ B } A ∪ B
交集 { x | x ∈ A ,且 x ∈ B } A ∩ B
补集 { x | x ∈ U ,且 x ∉ A } ∁U A
常用结论
1.若集合A有n(n≥1)个元素,则集合A有2n个子集,2n-1个真子集.
2.空集是任何集合的子集,是任何非空集合的真子集.
3.A∩B=A A⊆B,A∪B=A B⊆A.
4.
∁U
(A∩B)⇔ =(∁U A)∪(∁U B),
∁⇔U
(A∪B)=(∁U A)∩(∁U B).
自主诊断
1.判断下列结论是否正确.(请在括号中打“√”或“×”)
(1)集合{x∈N|x3=x},用列举法表示为{-1,0,1}.( × )
(2){x|y=x2+1}={y|y=x2+1}={(x,y)|y=x2+1}.( × )
(3)若1∈{x2,x},则x=-1或x=1.( × )
(4)对任意集合A,B,都有(A∩B)⊆(A∪B).( √ )
2.(必修第一册P14T4改编)设集合A={x|3≤x<7},B={x|2<x<10},则(∁R A)∩B等于( )
A.{x|2<x≤3}
B.{x|7<x<10}
C.{x|2<x<3或7≤x<10}
D.{x|2<x≤3或7<x<10}
答案 C
解析 因为∁R A={x|x<3或x≥7},B={x|2<x<10},所以(∁R A)∩B={x|2<x<3或7≤x<10}.
3.(必修第一册P35T9改编)已知集合A={1,3,a2},B={1,a+2},若A∪B=A,则实数a
=________.
答案 2
解析 因为A∪B=A,所以B⊆A,所以a+2∈A.当a+2=3,即a=1时,A={1,3,1},不
满足集合中元素的互异性,不符合题意;当a+2=a2时,a=-1(舍去)或a=2,此时A=
{1,3,4},B={1,4},符合题意.综上,实数a=2.
4.(必修第一册P9T5改编)已知集合A={x|0<x<a},B={x|0<x<2},若B⊆A,则实数a的取
值范围为________.答案 [2,+∞)
解析 因为B⊆A,所以利用数轴分析法(如图),可知a≥2.
题型一 集合的含义与表示
例1 (1)(2023·长春模拟)已知集合A={(x,y)|x2+y2=4},B={(x,y)|x+y=0},则A∩B的
子集个数为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
答案 D
解析 集合A={(x,y)|x2+y2=4}表示以(0,0)为圆心,2为半径的圆上的所有点,
集合B={(x,y)|x+y=0}表示直线x+y=0上的所有点,
因为直线x+y=0经过圆心(0,0),
所以直线与圆相交,
所以A∩B的元素个数为2,
则A∩B的子集个数为4.
(2)已知集合A={0,m,m2-3m+2},且2∈A,则实数m的值为( )
A.2 B.3 C.0 D.-2
答案 B
解析 因为集合A={0,m,m2-3m+2},且2∈A,
则m=2或m2-3m+2=2,解得m∈{0,2,3}.
当m=0时,集合A中的元素不满足互异性;
当m=2时,m2-3m+2=0,集合A中的元素不满足互异性;
当m=3时,A={0,3,2},符合题意.
综上所述,m=3.
思维升华 解决集合含义问题的关键点
(1)一是确定构成集合的元素.
(2)确定元素的限制条件.
(3)根据元素的特征(满足的条件)构造关系式解决相应问题.
跟踪训练1 (1)(2023·苏州模拟)设集合A={1,2,3},B={4,5},C={x+y|x∈A,y∈B},则
C中元素的个数为( )
A.3 B.4 C.5 D.6
答案 B
解析 因为集合A={1,2,3},B={4,5},C={x+y|x∈A,y∈B},所以C={5,6,7,8}.即C中元素的个数为4.
(2)若含有3个实数的集合既可表示成,又可表示成{a2,a+b,0},则a2 024+b2 024=________.
答案 1
解析 因为={a2,a+b,0},
显然a≠0,所以=0,即b=0;
此时两集合分别是{a,1,0},{a,a2,0},
则a2=1,解得a=1或a=-1.
当a=1时,不满足互异性,故舍去;
当a=-1时,满足题意.
所以a2 024+b2 024=(-1)2 024+02 024=1.
题型二 集合间的基本关系
例2 (1)(2023·海口质检)已知集合A={x|x>5},B={x|1-log x<0},则( )
2
A.A⊆B B.B⊆A
C.A∩B=∅ D.A∪B=R
答案 A
解析 因为集合A={x|x>5},集合B={x|1-log x<0}={x|x>2},
2
所以A⊆B.
(2)已知集合A={x|x<-1或x≥3},B={x|ax+1≤0},若B⊆A,则实数a的取值范围是(
)
A.
B.
C.(-∞,-1)∪[0,+∞)
D.∪(0,1)
答案 A
解析 ∵B⊆A,
∴①若B=∅,即ax+1≤0无解,此时a=0,满足题意.
②若B≠ ∅,即ax+1≤0有解,
当a>0时,可得x≤-,要使B⊆A,
则需要解得0<a<1;
当a<0时,可得x≥-,要使B⊆A,
则需要解得-≤a<0,
综上,实数a的取值范围是.
思维升华 (1)空集是任何集合的子集,在涉及集合关系问题时,必须考虑空集的情况,否
则易造成漏解.(2)已知两个集合间的关系求参数时,关键是将条件转化为元素或区间端点间的关系,进而
转化为参数所满足的关系,常用数轴、Venn图等来直观解决这类问题.
跟踪训练2 (1)已知集合M={x|y=,x∈R},N={x|x=m2,m∈M},则集合M,N的关系
是( )
A.MN B.NM
C.M⊆∁R N D.N⊆∁R M
答案 B
解析 因为M={x|y=,x∈R}={x|-1≤x≤1},N={x|x=m2,m∈M}={x|0≤x≤1},所以
NM.
(2)设集合A={x|-1≤x+1≤6},B={x|m-1<x<2m+1},当x∈Z时,集合A的非空真子集
的个数为________;当B⊆A时,实数m的取值范围是________.
答案 254 {m|m≤-2或-1≤m≤2}
解析 易得A={x|-2≤x≤5}.
若x∈Z,则A={-2,-1,0,1,2,3,4,5},即A中含有8个元素,
∴A的非空真子集的个数为28-2=254.
①当m-1≥2m+1,即m≤-2时,B=∅,B⊆A;
②当m>-2时,B={x|m-1<x<2m+1}≠ ∅,
因此,要使B⊆A,则需解得-1≤m≤2.
综上所述,m的取值范围是{m|m≤-2或-1≤m≤2}.
题型三 集合的基本运算
命题点1 集合的运算
例3 (1)(2022·新高考全国Ⅰ)若集合M={x|<4},N={x|3x≥1},则M∩N等于( )
A.{x|0≤x<2} B.
C.{x|3≤x<16} D.
答案 D
解析 因为M={x|<4},
所以M={x|0≤x<16};
因为N={x|3x≥1},
所以N=.
所以M∩N=.
(2)(多选)已知M,N均为实数集R的子集,且N∩(∁R M)=∅,则下列结论中正确的是( )
A.M∩(∁R N)=∅
B.M∪(∁R N)=R
C.(∁R M)∪(∁R N)= ∁R MD.(∁R M)∩(∁R N)= ∁R M
答案 BD
解析 ∵N∩(∁R M)=∅,∴N⊆M,
如图,若N是M的真子集,则M∩(∁R N)≠ ∅,故A错误;
由N⊆M可得M∪(∁R N)=R,故B正确;
由N⊆M可得∁R N⊇∁R M,故C错误,D正确.
命题点2 利用集合的运算求参数的值(范围)
例4 (1)(多选)已知A={x|x2+x-6=0},B={x|mx+1=0},且A∪B=A,则m的值可能为(
)
A.- B. C.0 D.-
答案 BCD
解析 由题意知A={x|x2+x-6=0},
由x2+x-6=0,解得x=2或x=-3,
所以A={2,-3},
因为A∪B=A,所以B⊆A,
当B=∅时,m=0,满足题意;
当B≠ ∅时,B=,
-=2或-=-3,
解得m=-或m=,
综上,m=0或-或.
(2)(2024·本溪模拟)设集合A={x|x<a2},B={x|x>a},若A∩(∁R B)=A,则实数a的取值范围
为( )
A.[0,1] B.[0,1)
C.(0,1) D.(-∞,0]∪[1,+∞)
答案 A
解析 因为B={x|x>a},
所以∁R B={x|x≤a},
又A∩(∁R B)=A,所以A⊆∁R B,
又A={x|x<a2},所以a2≤a,
解得0≤a≤1,即实数a的取值范围为[0,1].
思维升华 对于集合的交、并、补运算,如果集合中的元素是离散的,可用Venn图表示;如果集合中的元素是连续的,可用数轴表示,此时要注意端点的情况.
跟踪训练3 (1)(多选)已知集合A={x|x2-2x>0},B={x|1<x<3},则( )
A.(∁R A)∪B={x|0≤x<3}
B.(∁R A)∩B={x|1<x<2}
C.A∩B={x|2<x<3}
D.A∩B是{x|2<x<5}的真子集
答案 ACD
解析 由x2-2x>0,得x<0或x>2,
所以A={x|x<0或x>2},
所以∁R A={x|0≤x≤2},
对于A,因为B={x|1<x<3},
所以(∁R A)∪B={x|0≤x<3},所以A正确;
对于B,因为B={x|1<x<3},
所以(∁R A)∩B={x|1<x≤2},所以B错误;
对于C,因为A={x|x<0或x>2},B={x|1<x<3},
所以A∩B={x|2<x<3},所以C正确;
对于D,因为A∩B={x|2<x<3},
所以A∩B是{x|2<x<5}的真子集,所以D正确.
(2)已知集合A,B满足A={x|x>1},B={x|x<a-1},若A∩B=∅,则实数a的取值范围为(
)
A.(-∞,1] B.(-∞,2]
C.[1,+∞) D.[2,+∞)
答案 B
解析 因为集合A,B满足A={x|x>1},B={x|x<a-1},且A∩B=∅,
则a-1≤1,解得a≤2.
题型四 集合的新定义问题
例5 (多选)群论是代数学的分支学科,在抽象代数中具有重要地位,且群论的研究方法也
对抽象代数的其他分支有重要影响,例如一元五次及以上的方程没有根式解就可以用群论知
识证明.群的概念则是群论中最基本的概念之一,其定义如下:设 G是一个非空集合,
“·”是G上的一个代数运算,即对所有的 a,b∈G,有a·b∈G,如果G的运算还满足:
①∀a,b,c∈G,有(a·b)·c=a·(b·c);②∃e∈G,使得∀a∈G,有 e·a=a·e=a;
③∀a∈G,∃b∈G,使a·b=b·a=e,则称G关于“·”构成一个群.则下列说法正确的有(
)
A.G={-1,0,1}关于数的乘法构成群
B.G=∪{x|x=m,m∈Z,m≠0}关于数的乘法构成群C.实数集关于数的加法构成群
D.G={m+n|m,n∈Z}关于数的加法构成群
答案 CD
解析 对于A,若G={-1,0,1},则对所有的a,b∈G,有a·b∈{1,0,-1}=G,
满足乘法结合律,即①成立,满足②的e为1,
但当a=0时,不存在b∈G,使得a·b=b·a=e=1,即③不成立,故A错误;
对于B,因为a=∈G,且b=3∈G,但a·b=×3=∉G,故B错误;
对于C,若G=R,则对所有的a,b∈R,有a+b∈R,
满足加法结合律,即①成立,满足②的e为0,
∀a∈R,∃b=-a∈R,使a+b=b+a=0,即③成立,故C正确;
对于D,若G={m+n|m,n∈Z},
则对所有的a=m+n,b=m+n∈G,
1 1 2 2
有a+b=(m+m)+(n+n)∈G,∀a,b,c∈G,(a+b)+c=a+(b+c)成立,即①成立,
1 2 1 2
当a=b=0时,a+b=0,满足②的e=0,即②成立,
∀a=m+n∈G,∃b=-m-n∈G,使a+b=b+a=0,即③成立,故D正确.
思维升华 集合新定义问题的“三定”
(1)定元素:确定已知集合中所含的元素,利用列举法写出所有元素.
(2)定运算:根据要求及新定义运算,将所求解集合的运算问题转化为集合的交集、并集或
补集的基本运算问题,或转化为数的有关运算问题.
(3)定结果:根据定义的运算进行求解,利用列举法或描述法写出所求集合中的所有元素.
跟踪训练4 (多选)设A为非空实数集,若对任意 x,y∈A,都有x+y∈A,x-y∈A,且
xy∈A,则称A为封闭集.下列叙述中,正确的为( )
A.集合A={-2,-1,0,1,2}为封闭集
B.集合A={n|n=2k,k∈Z}为封闭集
C.封闭集一定是无限集
D.若A为封闭集,则一定有0∈A
答案 BD
解析 对于A,在集合A={-2,-1,0,1,2}中,
-2-2=-4不在集合A中,∴集合A不是封闭集,故A错误;
对于B,集合A={n|n=2k,k∈Z},
设x,y∈A,则x=2k,y=2k,k,k∈Z,
1 2 1 2
∴x+y=2(k+k)∈A,x-y=2(k-k)∈A,xy=4kk∈A,
1 2 1 2 1 2
∴集合A={n|n=2k,k∈Z}为封闭集,故B正确;
对于C,封闭集不一定是无限集,如:{0}为封闭集,故C错误;对于D,若A为封闭集,则取x=y,得x-y=0∈A,故D正确.
课时精练
一、单项选择题
1.(2022·全国乙卷)设全集U={1,2,3,4,5},集合M满足 ∁U M={1,3},则( )
A.2∈M B.3∈M C.4∉M D.5∉M
答案 A
解析 由题意知M={2,4,5}.
2.(2023·新高考全国Ⅰ)已知集合M={-2,-1,0,1,2},N={x|x2-x-6≥0},则M∩N等
于( )
A.{-2,-1,0,1} B.{0,1,2}
C.{-2} D.{2}
答案 C
解析 方法一 因为N={x|x2-x-6≥0}=(-∞,-2]∪[3,+∞),
而M={-2,-1,0,1,2},
所以M∩N={-2}.
方法二 因为M={-2,-1,0,1,2},将-2,-1,0,1,2代入不等式x2-x-6≥0,只有-2
使不等式成立,
所以M∩N={-2}.
3.(2024·南京模拟)集合A={x∈N|1<x<4}的子集个数为( )
A.2 B.4 C.8 D.16
答案 B
解析 A={x∈N|1<x<4}={2,3},故子集个数为22=4.
4.已知全集U,若集合A和集合B都是U的非空子集,且满足A∪B=B,则下列集合中表
示空集的是( )
A.(∁U A)∩B B.A∩B
C.(∁U A)∩(∁U B) D.A∩(∁U B)
答案 D
解析 由Venn图表示集合U,A,B如图,由图可得(∁U A)∩B=∁B A,A∩B=A,(∁U A)∩(∁U B)=∁U B,A∩(∁U B)=∅.
5.(2024·绵阳模拟)已知A={1,4,m2},B={1,m},若B⊆A,则m等于( )
A.0或4 B.1或4
C.0 D.4
答案 A
解析 ∵ B⊆A且A={1,4,m2},B={1,m},
∴m=4或m=m2,
当m=4时,A={1,4,16},B={1,4},满足题意;
当m=m2时,得m=0或m=1,
当m=0时,A={1,4,0},B={1,0},满足题意;
当m=1时,代入集合中,不满足集合的互异性.
综上,m可取0,4.
6.已知M,N均为R的子集,若存在x使得x∈M,且x∉∁R N,则( )
A.M∩N≠
∅
B.M⊆N
C.N⊆M D.M=N
答案 A
解析 因为x∉∁R N,所以x∈N,又因为x∈M,所以x∈M∩N,故M∩N≠ ∅,故A正确;
由于题目条件是存在x,所以不能确定集合M,N之间的包含关系,故B,C,D错误.
7.已知全集U=R,集合A={x|0≤x≤2},B={x|x2-x>0},则图中的阴影部分表示的集合为
( )
A.(-∞,1]∪(2,+∞) B.(-∞,0)∪(1,2)
C.[1,2) D.(1,2]
答案 A
解析 B={x|x2-x>0}={x|x<0 或 x>1},由题意可知阴影部分对应的集合为
∁U
(A∩B)∩(A∪B),所以A∩B={x|1<x≤2},A∪B=R,即∁U (A∩B)={x|x≤1或x>2},所
以∁U (A∩B)∩(A∪B)=(-∞,1]∪(2,+∞).
8.设集合I={1,3,5,7},若非空集合A同时满足:①A⊆I;②|A|≤min(A)(其中|A|表示A中
元素的个数,min(A)表示集合A中最小的元素),称集合A为I的一个“好子集”,则I的所
有“好子集”的个数为( )
A.7 B.8 C.9 D.10
答案 B解析 当|A|=1时,即集合A中元素的个数为1时,A的可能情况为{1},{3},{5},{7};
当|A|=2时,即集合A中元素的个数为2时,A的可能情况为{3,5},{3,7},{5,7};
当|A|=3时,即集合A中元素的个数为3时,A的可能情况为{3,5,7},
综上所述,I的所有“好子集”的个数为8.
二、多项选择题
9.已知I为全集,集合M,N⊆I,若M⊆N,则( )
A.M∪N=N B.M∩N=N
C. ∁I M⊆∁I N D.(∁I N)∩M=∅
答案 AD
解析 因为M⊆N,则M∪N=N,M∩N=M,则A正确,B错误;
又I为全集,集合M,N⊆I,则∁I M⊇∁I N,(∁I N)∩M=∅,C错误,D正确.
10.已知集合A={x|x2=1},B={x|ax=1},且A∪B=A,则实数a的取值可以是( )
A.-1 B.0 C.1 D.2
答案 ABC
解析 A={x|x2=1}={-1,1},集合B表示关于x的方程ax=1的解集,
因为A∪B=A,所以B⊆A,
当a=0时方程ax=1无解,此时B=∅,符合题意;
当B={1}时,a=1;当B={-1}时,-a=1,解得a=-1,
综上可得a=0或±1.
三、填空题
11.已知集合A={(x,y)|x,y∈N*,y≥x},B={(x,y)|x+y=8},则A∩B中元素的个数为
________.
答案 4
解析 根据题意,A∩B的元素是x+y=8上满足x,y∈N*且y≥x的点,即点(1,7),(2,6),
(3,5),(4,4).
12.已知集合A={1,2,3},B={m,4,5},且A∪B中的所有元素的和为12,则m=________.
答案 -3
解析 当m=1或m=2或m=3时,A∪B={1,2,3,4,5},
所有元素的和为15,不符合题意;
当m≠1且m≠2且m≠3时,A∪B={1,2,3,m,4,5},
由题意得1+2+3+m+4+5=12,所以m=-3.
13.高三某班共有55人,其中有14人参加了球类比赛,16人参加了田径比赛,4人既参加
了球类比赛,又参加了田径比赛,则该班这两项比赛都没有参加的人数是________.
答案 29
解析 由题意画出Venn图,如图所示,由Venn图知,参加比赛的人数为26,
所以该班这两项比赛都没有参加的人数是29.
14.对于任意两集合A,B,定义A-B={x|x∈A且x∉B},A*B=(A-B)∪(B-A),记A=
{x|x≥0},B={x|y=lg(9-x2)},则B-A=________,A*B=________.
答案 {x|-3<x<0} {x|-3<x<0或x≥3}
解析 由题意得 A={x|x≥0},B={x|-3<x<3},所以 A-B={x|x≥3},B-A={x|-
3<x<0}.因此A*B={x|x≥3}∪{x|-3<x<0}={x|-3<x<0或x≥3}.
15.(多选)由无理数引发的数学危机一直延续到19世纪,直到1872年,德国数学家戴德金
从连续性的要求出发,用有理数的“分割”来定义无理数(史称戴德金分割),并把实数理论
建立在严格的科学基础上,才结束了无理数被认为“无理”的时代,也结束了持续2 000多
年的数学史上的第一次大危机.所谓戴德金分割,是指将有理数 Q划分为两个非空的子集
M与N,且满足M∪N=Q,M∩N=∅,M中的每一个元素小于N中的每一个元素,则称
(M,N)为戴德金分割.下列选项中可能成立的是( )
A.M={x|x<0},N={x|x>0},(M,N)是一个戴德金分割
B.M没有最大元素,N有一个最小元素
C.M有一个最大元素,N有一个最小元素
D.M没有最大元素,N也没有最小元素
答案 BD
解析 对于A,因为M={x|x<0},N={x|x>0},M∪N={x|x≠0}≠Q,故A错误;对于B,
设M={x∈Q|x<0},N={x∈Q|x≥0},满足戴德金分割,则M中没有最大元素,N有一个最
小元素0,故B正确;对于C,若M有一个最大元素,N有一个最小元素,则不能同时满足
M∪N=Q,M∩N=∅,故C错误;对于D,设M={x∈Q|x<},N={x∈Q|x≥},满足戴德
金分割,此时M没有最大元素,N也没有最小元素,故D正确.
16.设集合M={1,2,3,…,12},现对M的任一非空子集A,令x 为A中最大数与最小数
A
之和,则所有这样的x 的算术平均值为________.
A
答案 13
解析 集合M的非空子集共有(212-1)个,
其中,最小值为1的子集可视为{2,3,…,12}的子集与集合{1}的并集,共有211个,
同上可知,最小值为2的子集共有210个,最小值为3的子集共有29个,…,最小值为12的子集共有20个.
最大值为12的子集可视为{1,2,3,…,11}的子集与集合{12}的并集,共有211个,
同上可知,最大值为11的子集共有210个,最大值为10的子集共有29个,…,最大值为1
的子集共有20个.
所以M的所有非空子集中的最小值之和为211+2×210+3×29+…+12×20,
最大值之和为12×211+11×210+10×29+…+20,
所以x 的算术平均值为
A
===13.