第一章  集合与简易逻辑

考纲要求 知识结构&梳理 复习详导 高考试题 目标训练 热身训练
    一、高考大纲
    考试内容:
    集合。子集。补集。交集。并集。
    逻辑联结词。四种命题。充分条件和必要条件。
    考试要求:
    (1)理解集合、子集、补集、交集、并集的概念。了解空集和全集的意义。了解属于、包含、相等关系的意义。掌握有关的术语和符号,并会用它们正确表示一些简单的集合。
    (2)理解逻辑联结词“或”、“且”、“非”的含义。理解四种命题及其相互关系。掌握充分条件、必要条件及充要条件的意义。

    二、高考要览
考试内容 能力层次 高考要求 考题年份分值
集合与集合运算 理解 有关集合的概念和意义
2004 2005 2006 2007 2008
全国I.9 全国.5 全国Ⅱ1.5    
全国Ⅱ.5        
全国Ⅲ.10        
全国Ⅳ.10        
江苏.5 江苏.5 江苏7.5    
北京.5 北京.5      
天津.5        
广东.5 广东.5      
福建.5   福建4.5    
湖北.9 湖北.5      
浙江.5   浙江1.5    
湖南.5   湖南1.5    
安徽.5        
上海春.5 上海.5 上海1.4    
  江西.5 江西1.5    
  北京春.12      
  浙江.5      
    四川1.5    
    辽宁1.5    
    安徽1.5    
    重庆7.5    
    山东1.5    
掌握 有关术语和符号
逻辑联结词与四种命题 理解 逻辑联结词
"或""且""非"的含义;
四种命题及其相互关系.
2004 2005 2006 2007 2008
    广东5.5    
    辽宁5.5    
    山东16.4    
  天津.5      
  江苏.4      
福建.5        
充分条件与必要条件 掌握 充要条件的意义
2004 2005 2006 2007 2008
    上海14.5    
  山东.5 山东8.5    
  湖北.5 湖北8.5    
  湖南.5 湖南4.5    
    四川11.5    
    天津4.5    
    安徽4.5    
  江西.5      
重庆.5 重庆.5      
  福建.5      
浙江.5        
辽宁.5        

    三、命题趋势
    从上表可以看出,近几年高考在要间的考查呈现以下特点:
    1、题型和题量:选择题为主,个别省市(主要是上海)涉及填空题,2004~2006三年(连同春招)共考查选择题34道、填空题5道,解答题仅2003年全国卷,2004年上海卷考过2道题,分值5~10分不等.
    2、知识点考查:集中在集合的子、交、并补运算和命题中充要条件的考查,解不等式(含绝对值 及一元二次不等式)和集合概念逻辑联结词考查较少,而集合之间的运算以交、并特别是补集考查较多,命题考查以多选题为主,集中于充分、必要条件的判断.
    3、难度与创新:集合与简易逻辑以中低档题为主,少量涉及创新的试题位置后移,使考生心理有缓冲,新定义型集合问题(如2006年四川T16,2006年广东T10,2006年辽宁T5)难度还是不算小的,充要条件与简易逻辑,估计会成为
今后创新的热点内容.

    四、复习建议
    《集合与简易逻辑》是整个高中阶段的起始内容,集合语言和充要条件贯穿高中学段的各章节之中,是基本数学语言和重要解题工具.
    1、把握命题趋势
    有关集合的试题,重点是集合与集合之间的关系,近几年试题加强了对集合的计算、化简,并向无限集发展.考查抽象思维能力,有关充要条件、命题真假的试题,侧重于概念的准确记忆和深层次的理解,试题以选择题居多,填空题往往是多项选择题,难度至多中等.
    2、定位
    集合的初步知识与简易逻辑知识,是掌握和使用数学语言的基础,集合语言广泛使用在数学中,应学会用集合观点去研究和解决数学问题;逻辑是研究思维形式及其规律的一门学科,是认识和研究问题的不可或缺的工具.
    3、训练重点
    理解集合中代表元素的真正意义,注意利用几何直观性帮助解题,画韦恩图,特殊值法解题,条件互推训练,充分、必要条件的判断,逻辑推理方面也应适当关注.

    五、思想与方法综览
    1、分类讨论思想
    [案例]已知`A={x|x^2+(p+2)x+1=0,x∈R}`,`A nn R^+=O/`,求实数p的取值范围(其中`R^+`表示正实数集).
    解:`.: A nn R^+=O/,
    `:. A`有三种情况:
    ①集合A中含有两个元素,且两个元素均为非正数,即方程`x^2+(p+2)x+1=0`有两个非正根,于是
    `{(Delta=(p+2)^2-4>0 text(,)),(x_1+x_2=(p+2)<=0 text(,)rArr p>0),(x_1x_2=1>0):}`
    ②集合A中含有一个元素,即方程`x^2+(p+2)x+1=0`有两个相等的非正数解,于是`Delta=(p+2)^2-4=0`,
    `:.` p=0或p=-4.
    当p=0时,x=-1;当p=-4时,x=1,故p=0;
    ③集合A为空集,即方程`x^2+(p+2)x+1=0`无实根,于是`Delta=(p+2)^2-4<0`,得-4<p<0.
    综合①②③,得p>-4.

    2、等价转化思想
    [案例]已知集合`A={(x,y)|y=-x^2+mx-1},B={(x,y)|x+y=3,0≤x≤3}`,若`A nn B`是单元素集,求实数m
的取值范围.
    解:由`A nn B`是单元素集,得方程组
    `{(y=-x^2+mx-1 text(,)),(x+y=3  text(.)):}` (0≤x≤3)有且只有一组实数解.
    消去y,问题即可转化为求方程`x^2-(m+1)x+4=0`在区间[0,3]上有且只有一个实数根时m的取值范围.
    设`f(x)=x^2-(m+1)x+4=0`,则`f(0)=4,f(3)=10-3m`.
    (1)由`f(0)f(3)<0,得m>10/3`.
    (2)由`f(3)=0`,得`m=10/3`,这时方程另一解`x=4/3 in [0,3]`不合题意.
    (3)抛物线与x轴相切时,△=0.
    即`(m+1)^2-16=0`,
    解得m=3,或m=-5(不合题意,舍去).
    当m=3时,x=2∈[0,3].
    综上所述,m的取值范围是`{3} uu (10/3,+oo). 

    点评:本例显然是有关集合的运算问题,但其实质是方程组在给定区间上解的个数问题(从解析几何的角度看,是抛物线与线段交点的个数问题),解题中,是将其转化为二次方程根的分布问题,使问题得以简捷的解决.因此,在解决数学问题时,要善于透过现象看本质,转化思维角度,变换问题形式,创造性地解决问题.

    3、数形结合思想
    [案例]求:(1)`f_3(x)=|x-1|+|x-2|+|x-3|`;
    (2)`f_4(x)=|x-1|+|x-2|+|x-3|+|x-4|`的最小值.(注:`f_n(x)`指含有`n`个绝对值号的函数)
    解:(1)`f_3(x)`的几何意义是x轴上的点x到点1,2,3的距离之和,
  显然由于|x-1|+|x-3|是点x到1,3的距离之和(不小于2,此时x∈[1,3]),只要|x-2|最小,即可`f_3(x)`取得最小值,
    因此当x=2时|x-1|+|x-2|+|x-3|的最小值是2.
    (2)从(1)得到启示,求`f_4(x)`的最小值,应该考虑从距离最大的两端开始,
    因为|x-1|+|x-4|的最小值为3(此时x∈[1,4]);|x-2|+|x-3|的最小值则为1(此时x∈[2,3]),
    所以当x∈[2,3]时,`f_4(x)`有最小值3+1=4.

    点评:考虑`f_5(x)=|x-1|+|x-2|+|x-3|+|x-4|+|x-5|`的最小值问题,则`f_5(x)`≥6,此时x=3;同理`f_n(x)=|x-1|+|x-2|+|x-3|+…+|x-n|`(n≥2,x∈N)的最小值,只要分n是偶数和奇数讨论可得`1+3+…+(n-1)=(n^2)/4`(n是偶数)或`2+4+…+(n-1)=(n^2-1)/4`(n是奇数).
    所以`f_n(x)={((n^2-1)/4(n是奇数)),(n^2/4(n是偶数)):}`
    另外,含绝对值的应用问题也是近年来高考的热点,如2004年北京卷T19、上海1998年东方航空杯数学竞赛题就是一道十分典例的实例.

    4、函数与方程思想
    [案例]已知集合`A={(x,y)|y=-3x+2,x∈N},B={(x,y)|y=a(x^2-x+1),x∈N)`,是否存在非零整数`a`,使`A nn B ≠O/`.
    分析:通过构造方程或方程组求解.
    解:由条件知集合A是由第四象限内的离散整数点及(0,2)构成的点集,集合B是抛物线`y=a(x^2-x+1)`上的
整数点集,因此问题转化为`{(y=-3x+2 text(,)  ①),(y=a(x^2-x+1)  ②):}` 
    是否存在非零整数`a`,使x有自然数解.
    由①、②消去`y`得`ax^2+(3-a)x+a-2=0`.
    `.:` x∈N,a≠0,从而有`Delta=(3-a)^2-4a(a-2)`≥0,
    解得` (1-2sqrt(7))/3<=a<=(1+2sqrt(7))/3`
    而`-2<(1-2sqrt(7))/3<-1,2<(1+2sqrt(7))/3<3`.又`a≠0`,
    `:.``a`可能取值为-1,1,2,逐一代入检验知`a=-1`或`a=2`满足条件.
    `:.`存在整数`a`等于-1或2,使`A nn B != O/`.

    一、知识结构
       

    二、知识梳理
    (一)集合的概念
    1、集合.
    集合是数学中最原始的概念之一,不能用其他的概念给它下定义,所以集合是不定义的概念,只能做描述性的说明.
    2、集合的特性.
    构成集合的元素具有以下特性:(1)元素的确定性;(2)元素的互异性;(3)元素的无序性(不考虑元素间的顺序).
    不含任何元素的集合叫做空集,记作`O/`.
    3、集合的表示法.
     (1)字母表示法;(2)列举法;(3)描述法;(4)图示法.
    4、集合与元素间的关系.
    元素与集合间的关系是“属于”或“不属于”的关系,即元素`a∈A`或`a!in A`,二者必居其一.
    5、常见的数集及其表示法.
    N表示非负整数集(或称自然数集),`N^**`或`N_+`表示正整数集,Z表示整数集,Q表示有理数集,R表示实数集,C表示复数集.
    6、集合间的关系及运算.
    (1)子集.
    ①定义:对于两个集合A与B,如果集合A的任何一个元素都是集合B的元素,那么集合A叫做集合B的子集,记作`A sube B`(或`B supe A`).
    ②性质:
    `A sube A`;     `O/ sube A`;
    若`A sube B`,`B sube C`,则`A sube C`;
    若`A sube B`,`B sube A`,则`A=B`;
    有n个元素的集合`{a_1,a_2,…,a_n}`,其子集的个数是`2^n`,若此集合的元素均为实数,则此集合所有子集中元素的总和为`2^(n-1)(a_1+a_2+…+a_n)`.
    (2)真子集.
    ①定义:对于两个集合A与B,如果A是B的子集,且B中至少有一个元素不属于A,那么集合A叫做集合B的真子集,记作`A stackrel{sub}{!=} B`(或`B stackrel{sup}{!=} A`).
    ②性质:空集是任何非空集合的真子集;
    若`A stackrel{sub}{!=} B`,`B stackrel{sub}{!=} C`,则`A stackrel{sub}{!=} C`;
    有n个元素的集合,其真子集的个数是`2^(n-1)`.
    (3)交集.
    ①定义:由所有属于集合A且属于集合B的元素所组成的集合,叫做A与B的交集,记作`A nn B`,即`A nn B={x|x∈A,且x∈B}`.
    ②性质:`A nn A=A;A nn O/=O/;A nn B=B nn A`.
    (4)并集.
    ①定义:由属于集合A或属于集合B的所有元素组成的集合叫做A与B的并集,记作`A uu B,即A uu B={x|x∈A,或x∈B}`.
    ②性质:`A uu A=A;A uu O/=A;A uu B=B uu A`;
    若把有限集合A的元素个数记作`card(A)`,则`card(AuuB)=card(A)+card(B)-card(AnnB)`.
    (5)补集.
    ①定义:设全集为U,A是U的一个子集,由U中所有不属于A的元素组成的集合叫做U中子集A的补集(或余集),记作`C_uA`,即`C_uA={x | x∈U,且x !in A}`.
    ②性质:`A U(C_uA)=U;A nn (C_uA)=O/;C_u(C_uA)=A;C_uU=O/;C_uO/=U.
    7、重要结论.
    (1)`C_U(A U B)=C_UA nn C_UB,C_U(A nn B)=C_UA uu C_UB`;
    (2)`A nn B=O/`,且`A uu B=U hArr A=C_uB,B=C_uA;C_uA=C_uB hArr A=B`;
    (3)`A uu B=A hArr B sube A;A nn B=A hArr A sube B;A sube B hArr Astackrel{sub}{!=} B`或`A=B`.
    (二)逻辑联结词
    1、命题的概念.
    (1)定义:可以判断真假的语句叫做命题.关于数学内容的命题就叫做数学命题.
    (2)真假命题:命题从正确与否来分,可分为真命题与假命题.
    (3)构成:“若p则q”形式的一个命题是由题设(条件)p和结论q两部分构成的.
    2、命题与数学中的定义、公理、公式、定理的关系.
    数学中的定义、公理、定理、公式都是命题,但命题与定理是有区别的:命题有真假之分,而定理都是真的;命题一定有逆命题,而定理不一定有逆定理.
    3、逻辑联结词“或”、“且”、“非”.
    “或”、“且”、“非”的含义在集合中分别相当于“并集”、“交集”、“补集”.
    4、简单命题与复合命题.
    (1)简单命题:不含逻辑联结词(“或”、“且”、“非”)的命题.
    (2)复合命题:由简单命题与逻辑联结词(“或”、“且”、“非”)构成的命题.
    若p,q是简单命题,则p或q,p且g,非p(记作` not p`)均是复合命题.
    5、复合命题的真值表:   

      

p q p且q

 

p q p或q

 

p 非p

 

    (三)命题的四种形式与相互关系
    1、命题的四种形式.
    (1)原命题:若p则q;
    (2)逆命题:若q则p;
    (3)否命题:若非p则非q;
    (4)逆否命题:若非q则非p.
    2、四种命题之间的相互关系.

   
    这里,原命题与逆否命题,逆命题与否命题是等价命题(即同为真命题,或同为假命题).
    (四)充分条件与必要条件
    1、符号“`rArr`”叫做推断符号.“p`rArr`q”表示“若p则q”为真,也就是说,如果p真那么q一定也真.“p`rArr`q”也可写为“q`lArr`p”.
    2、符号“`hArr`”叫做等价符号,“p`hArr`q”表示“p`rArr`q,且q`rArr`p”.
    3、充分条件:如果p`rArr`q,那么p是q的充分条件(原命题“若p则q”,或逆否命“若`not`q则`not`p”成立,命题中的条件是充分的),也可称q是p的必要条件.
    4、必要条件:如果q`rArr`p,那么p是q的必要条件(逆命题“若q则p”,或否命题“若`not`p则`not`q”成立,命题中的条件为必要的),也可称q是p的充分条件.
    5、充要条件:如果既有p`rArr`q,又有q`rArr`p,记作q`hArr`p,那么p是q的充分必要条件,简称充要条件(原命题“若p则q”和逆命题“若q则p”,或逆否命题“若`not`q则`not`p”和否命题“若`not`p则`not`q”都成立,命题中的条件是充要的).

 
    复习详导
    §1.1 集合与概念与运算 (1)

    §1.2 绝对值不等式与一元二次不等式 (1)

    §1.3 简易逻辑和充要条件 (1)

    高考试题
    理科:
    一、选择题
    二、填空题
    三、解答题
    文科:
    一、选择题
    二、填空题
    三、解答题
    目标训练
    1、第一轮选填训练 (1) (2)

    2、第一轮基础训练 (1) (2)

    3、第一轮单元训练 (1) (2)

    热身训练
    1、选择题 (1) (2) (3)
    2、填空题 (1) (2) (3)
    3、解答题 (1) (2) (3)
    4、基础综合训练 (1) (2) (3)
    5、综合训练 (1) (2) (3)

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