例题 01 列举、混合运算与两种补集组合
题目
已知全集,,,.
(1)列举法表示集合、、、;
(2)求;
(3)求;.
答案与解析
解析
(1),正整数且小于 ,所以不含 。 给 ;整数限制给 、。它们都在 内。
(2)先求 ,再并 ,得 。
(3),,。前两个补集取交,得 ;后两个补集取并,得 。也可分别用德摩根律核验为补 、补 。
本题结论
(1)四集合如上;(2);(3)、。
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先把集合的成员说清,再把“且、或、不”译成交、并、补;读图、化简和反求参数都用同一套成员判断。本章把离散成员、实数区间和一般集合放在一起比较,不把运算规则拆成互不相通的口令。
A∩B={x∣x∈A且x∈B},A∪B={x∣x∈A或x∈B}.
“或”包括两边都满足。交集取共同成员,并集收两边全部成员,但同一个对象只算一次。因而交换顺序不改结果,A∩A=A∪A=A,A∩∅=∅,A∪∅=A。例如 {1,2,3,4} 与整数范围 −2≤x<2 的交集是 {1};{−3,−2,−1}∪{−2,−1,0}={−3,−2,−1,0},不是六个成员。
交集中的每个成员同时在两边,所以 A∩B⊆A 且 A∩B⊆B;A 或 B 的每个成员都满足并集的入选条件,所以 A⊆A∪B 且 B⊆A∪B。
在本手册的补集语境中,先指定全集 U,且要求 A⊆U:
∁UA={x∣x∈U且x∈/A}.
全集内没有成员位于全集之外,故 ∁UU=∅;全集的每个成员都不属于空集,故 ∁U∅=U。
它不是给数变号,也不是不加范围地“反过来”。A 与补集不相交、合起来恰为 U,所以在同一个 U 中,∁U(∁UA)=A。例如 U={−2,−1,0,1,2}、A={−2,−1,0},补集为 {1,2},不是开区间 (1,2),也不能加入 3。若 U={x∈N∣x<6},采用含 0 的自然数约定,已知补集 {1,2,5} 就还原 A={0,3,4};4∈A,0∈A,2,6∈/A。
原知识段落对并集曾写“不能认为就是所有 A 元素和所有 B 元素组成的集合”,容易误导;应理解为收取两边全部成员,但公共成员不重复计数,而不是排除公共成员。
读竖线前收集的是 x、y 还是完整点 (x,y),再确认输入范围及合法条件。方程找全不同根,重根只取一次;分式保留原分母非零;根号先查被开方数非负;输出按全部允许输入生成,再对输出去重。点集逐点核完整坐标,不能分别交横纵坐标再任意拼点。
只有一边有限时,求交集可逐个筛这边的成员,不必先列出另一边全部成员;求并集却不能这样省去另一边的所有成员。
交集中的点要两边都接纳;并集中的点只要一边接纳。例如 (−21,2)∪[−1,1]=[−1,2),−1 来自后一边,2 两边都不取。并集不填平空档,交集也可能是空集或单点。
取补时,原集合的边界决定“是否被删除”,全集边界决定“是否有资格留下”。对 U=(−3,3)、A=(−2,1],−2 在 U 而不在 A,留下;1 已在 A,删除;−3,3 原本就在 U 外,始终不能出现。因此补集是 (−3,−2]∪(1,3),而不是两条无界射线。
固定同一全集,且 A,B⊆U,有
∁U(A∪B)=(∁UA)∩(∁UB),∁U(A∩B)=(∁UA)∪(∁UB).
证明。 任取 x∈U,不在并集中,当且仅当不在 A 且不在 B;不在交集中,当且仅当至少有一个条件失败,即不在 A 或不在 B。两边选中完全相同的成员,故相等,空集情形也不例外。
括号指定补的整个对象。以 U={−3,−2,−1,0,1,2,3}、A={−2,−1,0,1}、B={−1,1,3} 为例:
| 表达式 | 实际结果 |
|---|---|
| (∁UA)∩B | {3} |
| (∁UA)∪B | {−3,−1,1,2,3} |
| ∁U(A∩B) | {−3,−2,0,2,3} |
| ∁U(A∪B) | {−3,2} |
最后一行也可先求两个补集再取交。四式不能只因字母相同就混用。
以下都是双向等价,不要求真包含,允许空集和相等:
A⊆B⟺A∩B=A⟺A∪B=B.
交集等于 A,意味着每个 A 成员都通过 B 的筛选;反过来 A 全在 B 时,交集完整保留 A。并集等于 B,意味着 A 没有带来 B 外的成员;反过来包含保证并入 A 不增成员。
同一 U 下还等价于
A∩∁UB=∅,(∁UA)∪B=U,∁UB⊆∁UA.
第一式说不存在“在 A 而不在 B”的反例。第二式中属于 A 的成员不能由补 A 提供,必须在 B;反之包含成立,U 中在 A 的由 B 接纳,不在 A 的由补 A 接纳。第三式中不在 B 就不在 A;反向若有 x∈A 却 x∈/B,便与补集包含冲突。这说明取补为什么反转包含方向。
端点条件仍要按实际集合检查:A=[1,2)、B=(a,+∞),A∪B=B 要求 a<1,因为 1∈A;而 A=(1,2)、B=(−∞,a),A∩B=A 只要求 a≥2,因 2∈/A,a=2 仍能接纳全部 A。
图外的家庭身份等背景若未给出,也不能擅自作为集合关系的前提。先看标签再看圈的包含、交叠及涂色。互不包含不等于不相交;若两圈有共同部分又各有独有部分,才表示交叠且互不包含。相等集合共用一片区域,例如“至少有两边相等的三角形”和“等腰三角形”(包含等边三角形)是同一集合,可在一个圈上标 C(D)。{1,2} 则真包含于 {1,2,3},前者圈在后者内,后者还须有独有成员 3。这些关系由题意证明,不由画图面积测得。
对同一 U,每个成员关于 A,B 各有“在、不在”两种判断,恰分四块:
| 区域 | 成员条件 | 表达式 |
|---|---|---|
| A 独有 | 在 A 且不在 B | A∩∁UB |
| 共同 | 在两边 | A∩B |
| B 独有 | 在 B 且不在 A | B∩∁UA |
| 两边外 | 在 U,两边都不在 | ∁U(A∪B) |
多块阴影用并;两圈独有都涂、交叠不涂,表示 (A∪B)∖(A∩B),其中 ∖ 表示从前者删除后者。没有全集框时,不擅自把未画的圈外也选中。圆的左右位置不代表数值大小,端点仍由代数条件决定。
B 独有还可写 ∁B(A∩B)、∁A∪BA,或 ∁U((∁UB)∪A):各式都只选在 B 而不在 A 的成员。变更补集下标必须一并核范围,不能凭记号相似判等。
若 M⊆N⊆U,则 N∪∁UM=U 恒成立:任取 x∈U,若在 M 就在 N,否则在补 M;两边又都没有 U 外成员。
另外三个表达式却各有条件:M∪N=U 当且仅当 N=U;(∁UN)∪(∁UM)=U 当且仅当 M=∅;M∪∁UN=U 当且仅当 M=N。最后一个式子恰漏掉 N 独有的成员。原选择题以第四式为“由题设保证”的答案,不能解释成前三式永远不成立;若 U=∅,四式甚至同时等于 U。示意图画有间隙也不能把题设 ⊆ 擅改为真包含。
先求所有集合的实际成员,写出最内层的中间集合,再向外执行。有限集逐个筛,连续范围查每段和端点。多个小问共用输入,但不同运算各自完整执行。
题目
已知全集U={x∈N∗∣x<9},A={x∣x2−3x+2=0},B={x∣1≤x≤5,x∈Z},C={x∣2<x<9,x∈Z}.
(1)列举法表示集合U、A、B、C;
(2)求A∪(B∩C);
(3)求(∁UA)∩(∁UB);(∁UB)∪(∁UC).
解析
(1)U={1,2,3,4,5,6,7,8},正整数且小于 9,所以不含 0,9。(x−1)(x−2)=0 给 A={1,2};整数限制给 B={1,2,3,4,5}、C={3,4,5,6,7,8}。它们都在 U 内。
(2)先求 B∩C={3,4,5},再并 A,得 {1,2,3,4,5}。
(3)∁UA={3,4,5,6,7,8},∁UB={6,7,8},∁UC={1,2}。前两个补集取交,得 {6,7,8};后两个补集取并,得 {1,2,6,7,8}。也可分别用德摩根律核验为补 A∪B、补 B∩C。
本题结论
(1)四集合如上;(2){1,2,3,4,5};(3){6,7,8}、{1,2,6,7,8}。
题目
已知集合A={−2,−3,0,2,43},B={x∣x∈/Z且x2∈Z},则A∩B的元素的个数为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
解析
从有限集合 A 筛选,无须列全 B。−2,0 是整数,第一条件就失败。−3 不是整数而平方为 3,2 不是整数而平方为 2,均通过。43 的平方为 3,因 1<3<2 不是整数,失败。故交集 {−3,2} 恰有 2 个成员;A 少计,C、D 多计。
本题结论
选 B。
题目
已知集合M={x∣x−1≥0},N={x∣∣x∣>2},则集合M∪N=( )
A.{x∣x≥1} B.{x∣x>2或x<−2} C.{x∣x>1或x<−2} D.{x∣x≥1或x<−2}
解析
M=[1,+∞)。∣x∣>2 表示距 0 大于 2,所以 N=(−∞,−2)∪(2,+∞)。N 的右射线已被 M 覆盖,左射线新增,结果为 (−∞,−2)∪[1,+∞)。
−2 两边都不取;1,2 由 M 接纳。A 漏左射线,B 漏 [1,2],C 漏合法端点 1,D 完整。
本题结论
选 D。
已知补集可在同一全集中反删还原;有限成员数变了,后续计数应重新开始。例如 U={1,2,3,4,5,7,8}、A={1,2,3,5,8},补集是 {4,7},它的子集为 ∅,{4},{7},{4,7} 共 4 个,不是补集成员数 2。含参数时,还要把“被补集合是全集的子集”一起回代检验。
题目
已知全集U={x∣−3<x<3},集合A={x∣−2<x≤1},则∁UA=( )
A.(−2,1] B.(−3,−2)∪[1,3)
C.(−3,−2]∪(1,3] D.(−3,−2]∪(1,3)
解析
全集限定 −3<x<3。不在 A 要求 x≤−2 或 x>1,两者合并得到 (−3,−2]∪(1,3)。A 是原集合,B 把 −2,1 的开闭都反错,C 加入全集不收的 3,D 正确。交回 A 为空,并回 A 恰为 U。
本题结论
选 D。
题目
已知集合A={1,2023,a2},B={2023,a+2},若∁AB={1},则a=( )
A.1 B.2 C.3 D.4
解析
下标 A 充当全集,须 B⊆A。补集含 1,所以 1∈/B,从而 a+2=1。又 a+2∈B,必等于 A 中的 1,2023,a2 之一。
等于 1 已排除;若等于 2023,则 a=2021,此时 B={2023},A 还有不同于 1,2023 的 20212,补集不只 1。余下 a+2=a2,即 (a−2)(a+1)=0,得 a=2,−1。
a=−1 时实际 A=B={1,2023},补集为空,不成立;a=2 时 A={1,2023,4}、B={2023,4},补集恰为 {1},成立。原解仅以重复列项排除 −1,理由不充分,真正排除依据是原补集条件。选项 a=1,3,4 分别使 B 含 3,5,6 而 A 不含,违反包含。
本题结论
a=2,选 B。
先确定圈的标签、包含方向、共同区是否涂色;逐块说“在谁而不在谁”,再求真实集合。四幅选图要逐一检查,多个等价表示也须逐一证明,不能只看最像的一项。
题目
下列Venn图能正确表示集合M={0,1,2}和N={xx2−2x=0}关系的是( )
A.

B.

C.

D.

解析
x2−2x=x(x−2)=0 给 N={0,2},它的成员都在 M,而 1∈M∖N,所以 N⊊M。
A 图让 N 有成员在 M 外,不符;B 图 N 完整在 M 内且 M 仍有独有部分,正确;C 图不相交,但实际共有 0,2;D 图把包含方向颠倒,被 1 反驳。圆面积不表示成员数。
本题结论
选 B。
题目
已知集合A={x∣0≤x≤2},B={x∣x<0或x>1},则图中的阴影部分表示的集合为( )

A.{x∣x≤1或x>2} B.{x∣x<0或1<x<2}
C.{x∣1≤x<2} D.{x∣1<x≤2}
解析
图中两边独有区域涂色、交叠留白,故求 (A∪B)∖(A∩B)。先用并集作全集,不能直接假定圈外也选中。
A=[0,2],B=(−∞,0)∪(1,+∞),二者并集恰为 R:负数在 B,[0,1] 在 A,大于 1 在 B。交集为 (1,2],因此删掉它后为 (−∞,1]∪(2,+∞)。
0,1 只在 A,保留;2 两边都在,删除。A 正确;B、C 混入共同成员并漏独有成员,D 恰为未涂的交集。
本题结论
选 A。
题目
已知全集U={−2,−1,0,1,2,3,4},集合A={x∈Zx2−x<6},B={−2,0,1,3},给出下列4种方式表示图中阴影部分:①{−1,2}②∁(A∪B)B③A∩(∁UB)④(∁UA)∩(∁UB),正确的有几个?( )

A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
解析
阴影是 A 独有。x2−x<6 化为 (x−3)(x+2)<0,两根之间因子异号,得 −2<x<3;取整数得到 A={−1,0,1,2}。
四块分别为:A 独有 {−1,2},共同 {0,1},B 独有 {−2,3},U 内两边外 {4},恰覆盖 U。
①正确。②从 A∪B={−2,−1,0,1,2,3} 删去 B,得 {−1,2},正确,这个全集不含 4。③从 ∁UB={−1,2,4} 再交 A,仍得 {−1,2},正确。④两个补集取交得到 {4},选中两边外而不是 A 独有,错误。共三个正确。
本题结论
选 C。
另一类只涂 B 独有的数值图,若 U=R、A=(−∞,−3)∪(2,+∞)、B=[−4,2],目标为 B∩∁UA=[−3,2]。−4 虽在 B 却也在 A,排除;−3,2 在 B 而不在 A,均保留。只写 A∩B=[−4,−3) 就选反了区域,也不能误删严格边界取反后的 −3。
运算等于原来一边时,先用双向等价转成包含,再查空集和端点。恰含几个整数时,先固定合法整数候选;区间长度却取实际右界减左界,不能把两者互换。
若要求的整数数少于全部候选,须枚举哪些入选、哪些排除,每组条件取交、不同组合取并;不能只限制最大候选而不核其余。含参二次范围先比较两根次序,最高次系数含参时还要先判降次。
两个有界区间相交,左界是两个左界较大者 L,右界是两个右界较小者 R。L<R 才有正长度;L=R 还须两边都取该点才是单点;L>R 为空,不能称为负长度。端点来源随参数切换,要分支并回代;无界范围不能把无穷当实数端点代入差。
题目
在①B∩∁RA=∅;②∁RB∪A=R;③∁RA⊆∁RB这三个条件中任选一个补充到下面的问题中,并解答.
问题:已知集合A={x∈R∣(x−1)(x+2)>0},B={x∈Ry=x+a,y∈R}.
(1)当a=1时,求A∩∁RB;
(2)若________,求实数a的取值范围.
解析
(1)(x−1)(x+2)>0 要两因子同号,所以 A=(−∞,−2)∪(1,+∞)。a=1 时,根号要求 x+1≥0,且每个这样的 x 都有合法 y,故 B=[−1,+∞)。补 B 为 (−∞,−1),与 A 相交得 (−∞,−2)。
(2)三种补充条件逐一说明:①不存在 B 中而 A 外的成员,即 B⊆A;②属于 B 的成员不能由补 B 提供,必须由 A 提供,反之如此就覆盖实数全集;③对同一实数全集取补反转包含,也等价于 B⊆A。
一般 B=[−a,+∞)。若 −a≤1,B 含 1 而 A 不含,不成立;若 −a>1,每个 B 成员都大于 1,确实在 A。故必要且充分为 −a>1,乘以负数反向得 a<−1。三种任选条件都得相同答案。
本题结论
(1)(−∞,−2);(2)a<−1。
题目
设集合A={x∣(x−2)(x−a)≤0},B={x∣3<x<7},若A∩B中恰含有3个整数,则实数a的取值范围是( )
A.(5,6] B.[6,+∞) C.[6,7) D.(6,7]
解析
B=(3,7) 的整数只有 4,5,6,因此要求三者全在 A。3,7 原本不在 B,参数再大也不会产生第四个整数候选。
a<2 时 A=[a,2];a=2 时 (x−2)2≤0 只给 {2},都不含三个候选。a>2 时两根之间乘积不正,A=[2,a]。下界已允许 4,5,6,全入选当且仅当 a≥6。
a=6 允许零乘积,保留;a≥7 也不会多出整数,因为仍受固定 B 限制。A 含不合格 a=5.5 且漏大参数,C 错加上界,D 漏 a=6 与大于 7 的参数。合格交集也含 4.5 等非整数,题目不是要求只有三个成员。
本题结论
a∈[6,+∞),选 B。
题目
已知集合A={x∣x<−3或x>7},B={x∣m+1≤x≤2m−1}.
(1)若(∁RA)∪B=∁RA,求实数m的取值范围;
(2)若(∁RA)∩B={x∣a≤x≤b},且b−a≥1,求实数m的取值范围.
解析
记 C=∁RA=[−3,7]。
(1)C∪B=C 等价于 B⊆C。m<2 时左界 m+1>2m−1,B 为空,成立。m≥2 时非空,要求 m+1≥−3 且 2m−1≤7,和本支相交为 2≤m≤4。合并 m≤4。m=2 是单点 {3},不是空集。
(2)长度至少 1,先有 B 非空,m≥2。此时左界 m+1≥3>−3,交集左端一定为 m+1,右端比较 2m−1 与 7。
合并 3≤m≤5。回代 m=3,4,5,交集依次 [4,5],[5,7],[6,7],长 1,2,1;m=2,6 只得单点,长 0。
原解析勘误: 第二支写“C∩B=B=[m+1,7]”,中间等号错误。该支 B 右界 2m−1>7,交集已截短,不再等于 B;最终参数答案不变。
本题结论
(1)m≤4;(2)3≤m≤5。
交并混写,括号不明确时应说明分组差异。本例保留上传知识库中的题干写法,分别核算两种分组;不声称本次另查了源 DOCX 或扫描本。
题目
已知集合A={x∣a<x<2a−1},集合B={y∣y>0},集合C={x∣x≥1},若(CRB)∪C∩A=∅,则实数a的取值范围是 .
解析
B 虽用字母 y,仍收实数,B=(0,+∞),所以 ∁RB=(−∞,0],C=[1,+∞)。
按原详解意图,先并再交:
((∁RB)∪C)∩A=∅.
a≤1 时 a≥2a−1,开范围 a<x<2a−1 为空,成立,a=1 不是单点。a>1 时 A 非空,例如中点 (3a−1)/2 距两端均为 (a−1)/2>0;且所有 A 成员大于 1,均在 C 中,相交仍为非空 A,不成立。所以原解意图下为 a≤1。
若先交再并:
(∁RB)∪(C∩A)=∅.
左边恒含 0,无论 a 为何都不为空,因此无解。原题省略分组实质影响答案,使用题应先明确括号,不凭参考答案逆补。
本题结论
原解意图“先并再交”:a≤1;另一分组:无解。