高三数学集合复习资料解析

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2009~2010学年度高三数学(人教版A版)第一轮复习资料

第1讲 集 合

一.【课标要求】

1.集合的含义与表示

(1)通过实例,了解集合的含义,体会元素与集合的“属于”关系;

(2)能选择自然语言、图形语言、集合语言(列举法或描述法)描述不同的具体问题,感受集合语言的意义和作用; 2.集合间的基本关系

(1)理解集合之间包含与相等的含义,能识别给定集合的子集; (2)在具体情境中,了解全集与空集的含义; 3.集合的基本运算

(1)理解两个集合的并集与交集的含义,会求两个简单集合的并集与交集; (2)理解在给定集合中一个子集的补集的含义,会求给定子集的补集;

(3)能使用Venn图表达集合的关系及运算,体会直观图示对理解抽象概念的作用 二.【命题走向】

有关集合的高考试题,考查重点是集合与集合之间的关系,近年试题加强了对集合的计算化简的考查,并向无限集发展,考查抽象思维能力,在解决这些问题时,要注意利用几何的直观性,注意运用Venn图解题方法的训练,注意利用特殊值法解题,加强集合表示方法的转换和化简的训练。考试形式多以一道选择题为主,分值5分。 预测2010年高考将继续体现本章知识的工具作用,多以小题形式出现,也会渗透在解答题的表达之中,相对独立。具体题型估计为:

(1)题型是1个选择题或1个填空题; (2)热点是集合的基本概念、运算和工具作用

三.【要点精讲】

1.集合:某些指定的对象集在一起成为集合

(1)集合中的对象称元素,若a是集合A的元素,记作a?A;若b不是集合A的元素,记作b?A;

(2)集合中的元素必须满足:确定性、互异性与无序性;

确定性:设A是一个给定的集合,x是某一个具体对象,则或者是A的元素,或者不是A的元素,两种情况必有一种且只有一种成立;

互异性:一个给定集合中的元素,指属于这个集合的互不相同的个体(对象),因此,同一集合中不应重复出现同一元素;

无序性:集合中不同的元素之间没有地位差异,集合不同于元素的排列顺序无关; (3)表示一个集合可用列举法、描述法或图示法;

列举法:把集合中的元素一一列举出来,写在大括号内;

描述法:把集合中的元素的公共属性描述出来,写在大括号{}内。

具体方法:在大括号内先写上表示这个集合元素的一般符号及取值(或变化)范围,再画一条竖线,在竖线后写出这个集合中元素所具有的共同特征。

注意:列举法与描述法各有优点,应该根据具体问题确定采用哪种表示法,要注意,一般集合中元素较多或有无限个元素时,不宜采用列举法。

(4)常用数集及其记法: 非负整数集(或自然数集),记作N; 正整数集,记作N*或N+;

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整数集,记作Z; 有理数集,记作Q; 实数集,记作R。 2.集合的包含关系:

(1)集合A的任何一个元素都是集合B的元素,则称A是B的子集(或B包含A),记作A?B(或A?B);

集合相等:构成两个集合的元素完全一样。若A?B且B?A,则称A等于B,记作A=B;若A?B且A≠B,则称A是B的真子集,记作A B;

(2)简单性质:1)A?A;2)??A;3)若A?B,B?C,则A?C;4)若集合A是n个元素的集合,则集合A有2n个子集(其中2n-1个真子集); 3.全集与补集:

(1)包含了我们所要研究的各个集合的全部元素的集合称为全集,记作U;

(2)若S是一个集合,A?S,则,CS={x|x?S且x?A}称S中子集A的补集; (3)简单性质:1)CS(CS)=A;2)CSS=?,CS?=S

4.交集与并集:

(1)一般地,由属于集合A且属于集合B的元素所组成的集合,叫做集合A与B的交集。交集A?B?{x|x?A且x?B}。

(2)一般地,由所有属于集合A或属于集合B的元素所组成的集合,称为集合A与B的并集。并集A?B?{x|x?A或x?B}

注意:求集合的并、交、补是集合间的基本运算,运算结果仍然还是集合,区分交集与并集的关键是“且”与“或”,在处理有关交集与并集的问题时,常常从这两个字眼出发去揭示、挖掘题设条件,结合Venn图或数轴进而用集合语言表达,增强数形结合的思想方法。 5.集合的简单性质:

(1)A?A?A,A????,A?B?B?A; (2)A???A,A?B?B?A; (3)(A?B)?(A?B);

(4)A?B?A?B?A;A?B?A?B?B;

(5)CS(A∩B)=(CSA)∪(CSB),CS(A∪B)=(CSA)∩(CSB)。

四.【典例解析】 题型1:集合的概念

(2009湖南卷理)某班共30人,其中15人喜爱篮球运动,10人喜爱兵乓球运动,8人对这两项运动都不喜爱,则喜爱篮球运动但不喜爱乒乓球运动的人数为_12__ 答案 :12

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解析 设两者都喜欢的人数为x人,则只喜爱篮球的有(15?x)人,只喜爱乒乓球的有由此可得(15?x)?(10?x)?x?8?30,解得x?3,所以15?x?12,即 所(10?x)人,求人数为12人。

例1.(2009广东卷理)已知全集U?R,集合M?{x?2?x?1?2}和

N?{xx?2k?1,k?1,2,}的关系的韦恩(Venn)图如图1所示,则阴影部分所示的集

合的元素共有

( )

A. 3个 B. 2个 C. 1个 D. 无穷多个 答案 B 解析 由M?{x?2?x?1?2}得?1?x?3,则M?N??1,3?,有2个,选B.

2例2.(2009山东卷理)集合A??0,2,a?,B?1,a,若A??B??0,1,2,4,16?,则a的值

( ) 为 A.0 B.1 C.2 D.4 答案 D

2?a2?16解析 ∵A??0,2,a?,B??1,a?,AB??0,1,2,4,16?∴?∴a?4,故选D.

?a?4【命题立意】:本题考查了集合的并集运算,并用观察法得到相对应的元素,从而求得答案,本题属于容易题.

题型2:集合的性质

2例3.(2009山东卷理)集合A??0,2,a?,B?1,a,若A??B??0,1,2,4,16?,则a的值为

( )

A.0 B.1 C.2 D.4 答案 D

2

?a2?16解析 ∵A??0,2,a?,B??1,a?,AB??0,1,2,4,16?∴?∴a?4,故选D.

?a?4【命题立意】:本题考查了集合的并集运算,并用观察法得到相对应的元素,从而求得答案,

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本题属于容易题.

随堂练习

1.( 广东地区2008年01月份期末试题汇编)设全集U=R,A={x∈N︱1≤x≤10},B={ x∈R︱x2

+ x-6=0},则下图中阴影表示的集合为 ( )

A.{2}

B.{3}

C.{-3,2} D.{-2,3}

2. 已知集合A={y|y-(a+a+1)y+a(a+1)>0},B={y|y-6y+8≤0},若

2

2

2

2

A∩B≠φ,则实数a的取值范围为( ).

分析:解决数学问题的思维过程,一般总是从正面入手,即从已知条件出发,经过一系列的推理和运算,最后得到所要求的结论,但有时会遇到从正面不易入手的情况,这时可从反面去考虑.从反面考虑问题在集合中的运用主要就是运用补集思想.本题若直接求解,情形较复杂,也不容易得到正确结果,若我们先考虑其反面,再求其补集,就比较容易得到正确的解答. 解:由题知可解得A={y|y>a2+1或y

例4.已知全集S?{1,3,x3?x2?2x},A={1,2x?1}如果CSA?{0},则这样的实数x是否存在?若存在,求出x,若不存在,说明理由

解:∵CSA?{0};

∴0?S且0?A,即x?x?2x=0,解得x1?0,x2??1,x3?2

当x?0时,2x?1?1,为A中元素; 当x??1时,2x?1?3?S

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当x?2时,2x?1?3?S

∴这样的实数x存在,是x??1或x?2。 另法:∵CSA?{0} ∴0?S且0?A,3?A ∴x?x?2x=0且2x?1?3

∴x??1或x?2。

点评:该题考察了集合间的关系以及集合的性质。分类讨论的过程中“当x?0时,

322x?1?1”不能满足集合中元素的互异性。此题的关键是理解符号CSA?{0}是两层含义:

0?S且0?A。 2变式题:已知集合A?{m,m?d,m?2d},B?{m,mq,mq,其中m?0,且A?B,}求q的值。 解:由A?B可知, ?m?d?mq?m?d?mq2(1)?,或(2)? 2m?2d?mqm?2d?mq??解(1)得q?1, 解(2)得q?1,或q??1, 22又因为当q?1时,m?mq?mq与题意不符, 所以,q??1。 2题型3:集合的运算 例5.(2008年河南省上蔡一中高三月考)已知函数f(x)?x?1的定义域集合是A,函数x?2g(x)?lg[x2?(2a?1)x?a2?a]的定义域集合是B (1)求集合A、B

(2)若A?B=B,求实数a的取值范围. 解 (1)A=x|x??1或x?2 B=x|x?a或x?a?1

????(2)由A?B=B得A

a??1?B,因此???a?1?2

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所以?1?a?1,所以实数a的取值范围是??1,1?

例6.(2009宁夏海南卷理)已知集合A?1,3,5,7,9?,B??0,3,6,9,12?,则AICNB?( ) A.1,5,7? B.3,5,7? C.1,3,9? D.1,2,3? 答案 A 解析 易有A?????CNB??1,5,7?,选A

点评:该题考察了集合的交、补运算。 题型4:图解法解集合问题 2y2?xy??x?例7.(2009年广西北海九中训练)已知集合M=?x|??1?,N=?y|??1?,则

?32??94?M?N? ( )

A.? B.{(3,0),(2,0)} D.?3,2? C.??3,3? 答案 C

例8.湖南省长郡中学2008届高三第六次月考试卷数学(理)试卷 设全集??R,函数f(x)?lg(|x?1|?a?1)(a?1)的定义域为A,集合

B?{x|cos?x?1},若(C?A)?B恰好有2个元素,求a的取值集合。 解:|x?1|?1?a?0?|x?1|?1?a a?1时,1?a?0 ∴x??a或x?a?2 ∴A?(??,a?2)?(?a,??) cos?x?1,?x?2k?,∴x?2k(k?z)

∴B?{x|x?2k,k?z}

当a?1时,C?A?[a?2,?a]在此区间上恰有2个偶数。

?a?1???2?a?0 ?a??a?2??4?a?2??2?3eud教育网 http://www.3edu.net 教学资源集散地。可能是最大的免费教育资源网!

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2、A??a1,a2,,ak?(k≥2),其中ai?Z(i?1,2,,k),由A中的元素构成两个相应的集合:

S??(a,b)a?A,b?A,a?b?A?,T??(a,b)a?A,b?A,a?b?A?.其中

(a,b)是有序数对,集合S和T中的元素个数分别为m和n.若对于任意的a?A,总有?a?A,则称集合A具有性质P.

(I)对任何具有性质P的集合A,证明:n≤k(k?1); 2(II)判断m和n的大小关系,并证明你的结论.

解:(I)证明:首先,由A中元素构成的有序数对(ai,aj)共有k个. 因为0?A,所以(ai,ai)?T(i?1,2,,k); 又因为当a?A时,?a?A时,?a?A,所以当(ai,aj)?T时,

2(aj,ai?)Ti,(j?,,1,2k. 从而,集合T中元素的个数最多为即n≤12k(k?1)(k?k)?, 22k(k?1). 2(II)解:m?n,证明如下: (1)对于(a,b)?S,根据定义,a?A,b?A,且a?b?A,从而(a?b,b)?T. 如果(a,b)与(c,d)是S的不同元素,那么a?c与b?d中至少有一个不成立,从而a?b?c?d与b?d中也至少有一个不成立. 故(a?b,b)与(c?d,d)也是T的不同元素. 可见,S中元素的个数不多于T中元素的个数,即m≤n, (2)对于(a,b)?T,根据定义,a?A,b?A,且a?b?A,从而(a?b,b)?S.如果(a,b)与(c,d)是T的不同元素,那么a?c与b?d中至少有一个不成立,从而

a?b?c?d与b?d中也不至少有一个不成立,

故(a?b,b)与(c?d,d)也是S的不同元素.

可见,T中元素的个数不多于S中元素的个数,即n≤m, 由(1)(2)可知,m?n.

例9.向50名学生调查对A、B两事件的态度,有如下结果 赞成A的人数是全体的五分之三,其余的不赞成,赞成B的比赞成A的多3人,其余的不赞成;另外,对A、B都不赞成

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的学生数比对A、B都赞成的学生数的三分之一多1人。问对A、B都赞成的学生和都不赞成的学生各有多少人?

解:赞成A的人数为50×

3=30,赞成B的人数为5AX30-XUB33-XX+1330+3=33,如上图,记50名学生组成的集合为U,赞成件A的学生全体为集合A;赞成事件B的学生全体为集B。

设对事件A、B都赞成的学生人数为x,则对A、B不赞成的学生人数为

事合都

x+1,赞成A而不赞成B的人数为30-x,赞成B而不赞成A的人数为3x33-x。依题意(30-x)+(33-x)+x+(+1)=50,解得x=21。所以对A、B都赞成的同学有21人,

3都不赞成的有8人。 点评:在集合问题中,有一些常用的方法如数轴法取交并集,韦恩图法等,需要考生切实掌握。本题主要强化学生的这种能力。解答本题的闪光点是考生能由题目中的条件,想到用韦恩图直观地表示出来。本题难点在于所给的数量关系比较错综复杂,一时理不清头绪,不好找线索。画出韦恩图,形象地表示出各数量关系间的联系。 例10.求1到200这200个数中既不是2的倍数,又不是3的倍数,也不是5的倍数的自然数共有多少个? 解:如图先画出Venn图,不难看出不符合条件 的数共有(200÷2)+(200÷3)+(200÷5) 5的倍数-(200÷10)-(200÷6)-(200÷15) 2的倍数+(200÷30)=146 3的倍数所以,符合条件的数共有200-146=54(个) 点评:分析200个数分为两类,即满足题设条件的和不满足题设条件的两大类,而不满足条件的这一类标准明确而简单,可考虑用扣除法。 题型7:集合综合题 例11.(1999上海,17)设集合A={x||x-a|<2},B={x|2x?1<1},若A?B,求实数ax?2的取值范围。 解:由|x-a|<2,得a-22x?1x?3<1,得<0,即-2

?a?2?3因为A?B,所以?点评:这是一道研究集合的包含关系与解不等式相结合的综合性题目。主要考查集合的概念及运算,解绝对值不等式、分式不等式和不等式组的基本方法。在解题过程中要注意利用不等式的解集在数轴上的表示方法.体现了数形结合的思想方法。

例12.已知{an}是等差数列,d为公差且不为0,a1和d均为实数,它的前n项和记作Sn,设集合A={(an,

Sn1)|n∈N*},B={(x,y)| x2-y2=1,x,y∈R}。

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试问下列结论是否正确,如果正确,请给予证明;如果不正确,请举例说明: (1)若以集合A中的元素作为点的坐标,则这些点都在同一条直线上; (2)A∩B至多有一个元素;

(3)当a1≠0时,一定有A∩B≠?。

n(a1?an)SS1,则n?(a1+an),这表明点(an,n)的2n2nS111坐标适合方程y?(x+a1),于是点(an, n)均在直线y=x+a1上。

222n11?y?x?a1??22(2)正确;设(x,y)∈A∩B,则(x,y)中的坐标x,y应是方程组?的解,由方程组1?x2?y2?1??4解:(1)正确;在等差数列{an}中,Sn=消去y得:2a1x+a12=-4(*), 当a1=0时,方程(*)无解,此时A∩B=?; 2??4?a1?y?22a1?4?a?1当a1≠0时,方程(*)只有一个解x=,此时,方程组也只有一解?,故

22a1?y?a1?4?4a1?上述方程组至多有一解。 ∴A∩B至多有一个元素。 (3)不正确;取a1=1,d=1,对一切的x∈N*,有an=a1+(n-1)d=n>0,Sn >0,这时集合nA中的元素作为点的坐标,其横、纵坐标均为正,另外,由于a1=1≠0 如果A∩B≠?,那么?4?a1a?x032据(2)的结论,A∩B中至多有一个元素(x0,y0),而x0=??<0,y0=1?<0,这2a1524样的(x0,y0)?A,产生矛盾,故a1=1,d=1时A∩B=?,所以a1≠0时,一定有A∩B≠?是不正确的。

点评:该题融合了集合、数列、直线方程的知识,属于知识交汇题。 变式题:解答下述问题: (Ⅰ)设集合A?{x|x?2x?2m?4?0},B?{x|x?0},,若A?B??,求实数m的取值范围.

分析:关键是准确理解A?B? 的具体意义,首先要从数学意义上解释A?B?意义,然后才能提出解决问题的具体方法。 解:

22命题?方程x2?2x?2m?4?0至少有一个负实数根,设M?{m|关于x的方程x2?2x?2m?4?0两根均为非负实数}, ???4(?2m?3)?0?3?则?x1?x2?2?0??2?m??,2???x1x2?2m?4?03eud教育网 http://www.3edu.net 教学资源集散地。可能是最大的免费教育资源网!

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33?M?{m|?2?m??}设全集U?{m|??0}?{m|m??} 22?m的取值范围是

UM={m|m<-2}.

(解法二)命题?方程的小根x?1??2m?3?0??2m?3?1??2m?3?1?m??2.

(解法三)设f(x)?x2?2x?4,这是开口向上的抛物线,?其对称轴x?1?0,则二次函数性质知命题又等价于f(0)?0?m??2,

注意,在解法三中,f(x)的对称轴的位置起了关键作用,否则解答没有这么简单。

(Ⅱ)已知两个正整数集合A={a1,a2,a3,a4},

B?{a1,a2,a3,a4},其中a1?a2?a3?a4

若A?B?{a1,a4},且a1?a4?10,且A?B的所有元素之和是124,求集合A、B.

分析:命题中的集合是列举法给出的,只需要根据“交、并”的意义及元素的基本性质解决,注意“正整数”这个条件的运用,

2222?1?a1?a2?a3?a4,?a1?a2?a3?a4,?A?B?{a1,a4},?只可能有a1?a1?a1?1,2而a1?a4?10,?a4?9,?a4?a4,2(1)若a2?a4,则a2?3,?A?B?{1,3,a3,9,a3,81},222222

?a3?a3?94?124?a3?5;(2)若a3?a4,则a3?3,同样可得a2?5?a3,与条件矛盾,不合;综上,A?{1,3,5,9},B?{1,9,25,81}.(Ⅲ)设集合A?{(x,y)|y?x?1},B?{(x,y)|4x?2x?2y?5?0},

2222C?{(x,y)|y?kx?b},问是否存在自然数k,b,使(A?B)?C?试证明你的结论.分析:正确理解(A?B)?C?,

,并转化为具体的数学问题.

,必须A?C?且B?C?,

要使(A?B)?C?(A?C)?(B?C)??y2?x?1由??k2x2?(2kb?1)x?b2?1?0, ?y?kx?b当k=0时,方程有解x?b?1,不合题意;

24k2?1当k?0时由?1?(2kb?1)?4k(b?1)?0得b?①

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?4x2?2x?2y?5?0又由??4x2?2(1?k)x?5?2b?0,

?y?kx?b20?(k?1)2由?2?4(1?k)?16(5?2b)?0得b?②,

82由①、②得b?k?120?1,而b?, 4k8∵b为自然数,∴b=2,代入①、②得k=1

点评:这是一组关于集合的“交、并”的常规问题,解决这些问题的关键是准确理解问题条件的具体的数学内容,才能由此寻求解决的方法。 题型6:课标创新题 例13.七名学生排成一排,甲不站在最左端和最右端的两个位置之一,乙、丙都不能站在正中间的位置,则有多少不同的排法? 解:设集合A={甲站在最左端的位置}, B={甲站在最右端的位置}, C={乙站在正中间的位置}, D={丙站在正中间的位置}, 则集合A、B、C、D的关系如图所示, 765∴不同的排法有A7?4A6?4A5?2640种. 点评:这是一道排列应用问题,如果直接分类、分步解答需要一定的基本功,容易错,若考虑运用集合思想解答,则比较容易理解。上面的例子说明了集合思想的一些应用,在今后的学习中应注意总结集合应用的经验。 例14.A是由定义在[2,4]上且满足如下条件的函数?(x)组成的集合:①对任意x?[1,2],都有?(2x)?(1,2) ; ②存在常数L(0?L?1),使得对任意的x1,x2?[1,2],都有

|?(2x1)??(2x2)|?L|x1?x2| (1)设?(x)?31?x,x?[2,4],证明:?(x)?A (2)设?(x)?A,如果存在x0?(1,2),使得x0??(2x0),那么这样的x0是唯一的; (3)设?(x)?A,任取xl?(1,2),令xn?1??(2xn),n?1,2,???,证明:给定正整数k,对任意的正整数p,成立不等式|xk?l解:

对任意x?[1,2],?(2x)?31?2x,x?[1,2],33??(2x)?35,1?33?35?2,所以

Lk?1?xk|?|x2?x1|H。

1?L?(2x)?(1,2)

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对任意的x1,x2?[1,2],

|?(2x1)??(2x2)|?|x1?x2|3?

323?1?2x1?2?3?1?2x1??1?x2??3?1?x2?2,

?1?2x1?23?3?1?2x1??1?x2??3?1?x2?,

3? 所以0<

2?1?2x1?22?3?1?2x1??1?x2??3?1?x2?22?2, 3令3?1?2x1?2?3?1?2x1??1?x2??3?1?x2?=L, 0?L?1,|?(2x1)??(2x2)|?L|x1?x2| 所以?(x)?A ??(1,2),x0?x0?使得x0??(2x0),x0???(2x0?)。 反证法:设存在两个x0,x0则由|?(2x0)??(2x0)|?L|x0?x0|, 得|x0?x0|?L|x0?x0|,所以L?1,矛盾,故结论成立。 ////x3?x2??(2x2)??(2x1)?Lx2?x1, 所以xn?1?xn?Ln?1x2?x1 Lk?1|xk?p?xk|??xk?p?xk?p?1???xk?p?1?xk?p?2????xk?1?xk??|x2?x1| 1?L?xk?p?xk?p?1?xk?p?1?xk?p?2??xk?1?xk ?Lk?p?2x2?x1?Lk?p?3x2?x1+…Lk?1x2?x1 LK?1?x2?x1。 1?L点评:函数的概念是在集合理论上发展起来的,而此题又将函数的性质融合在集合的关系当中,题目比较新颖

五.【思维总结】

集合知识可以使我们更好地理解数学中广泛使用的集合语言,并用集合语言表达数学问题,运用集合观点去研究和解决数学问题。

1.学习集合的基础能力是准确描述集合中的元素,熟练运用集合的各种符号,如?、?、

?、、=、CSA、∪,∩等等;

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2.强化对集合与集合关系题目的训练,理解集合中代表元素的真正意义,注意利用几何直观性研究问题,注意运用Venn图解题方法的训练,加强两种集合表示方法转换和化简训练;解决集合有关问题的关键是准确理解集合所描述的具体内容(即读懂问题中的集合)以及各个集合之间的关系,常常根据“Venn图”来加深对集合的理解,一个集合能化简(或求解),一般应考虑先化简(或求解);

3.确定集合的“包含关系”与求集合的“交、并、补”是学习集合的中心内容,解决问题时应根据问题所涉及的具体的数学内容来寻求方法。

① 区别∈与、与?、a与{a}、φ与{φ}、{(1,2)}与{1,2}; ② A?B时,A有两种情况:A=φ与A≠φ

③若集合A中有n(n?N)个元素,则集合A的所有不同的子集个数为2,所有真子集的个数是2-1, 所有非空真子集的个数是2?2 ④区分集合中元素的形式: 如A?{x|y?x2?2x?1}; B?{y|y?x2?2x?1}; nnnC?{(x,y)|y?x2?2x?1}; D?{x|x?x2?2x?1}; E?{(x,y)|y?x2?2x?1,x?Z,y?Z}; F?{(x,y')|y?x2?2x?1}; yG?{z|y?x2?2x?1,z?}。 x⑤空集是指不含任何元素的集合。{0}、?和{?}的区别;0与三者间的关系。空集是任何集合的子集,是任何非空集合的真子集。条件为A?B,在讨论的时候不要遗忘了A??的情况。 ⑥符号“?,?”是表示元素与集合之间关系的,立体几何中的体现点与直线(面)的关系 ;符号“?,?”是表示集合与集合之间关系的,立体几何中的体现面与直线(面)的关系。 逻辑是研究思维形式及其规律的一门学科,是人们认识和研究问题不可缺少的工具,是为了培养学生的推理技能,发展学生的思维能力 3eud教育网 http://www.3edu.net 教学资源集散地。可能是最大的免费教育资源网!

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