1.1 集合的概念
把一些对象「打包」成一个整体,并且能说清楚:谁在里面,谁不在。
本节知识点集合的含义与属于关系元素互异性与列举顺序有限集、无限集与空集的分类列举法与描述法
第 1 步
从例子进入
班里学号 1 到 10 的十位同学,老师说:「学号是双数的同学,去搬新书。」先点下面的按钮(或直接点学号圆章)试试:
双数出列:2、4、6、8、10 号进入右边的集合 A,一共 5 位同学。
全班 1~10 号共 10 位同学。老师喊「双数出列」,标准明确,谁去谁不去一清二楚。
双数出列:2、4、6、8、10 号进入右边的集合 A,一共 5 位同学。
随便报一个学号都能马上判断:7∈∉A(不去),8∈A(去)。这就是集合元素的确定性。
点查 1 号:是单数,不属于集合 A(1∈∉A,不去)。
点查 2 号:是双数,属于集合 A(2∈A,去搬书)。
点查 3 号:是单数,不属于集合 A(3∈∉A,不去)。
点查 4 号:是双数,属于集合 A(4∈A,去搬书)。
点查 5 号:是单数,不属于集合 A(5∈∉A,不去)。
点查 6 号:是双数,属于集合 A(6∈A,去搬书)。
点查 7 号:是单数,不属于集合 A(7∈∉A,不去)。
点查 8 号:是双数,属于集合 A(8∈A,去搬书)。
点查 9 号:是单数,不属于集合 A(9∈∉A,不去)。
点查 10 号:是双数,属于集合 A(10∈A,去搬书)。
想一想
看答案与解析
答案:B
B。学号 2,4,6,8,10,一共 5 位。
老师这句话把「谁去」说得清清楚楚:报任何一个学号,都能马上答出他去不去——7 号不去,8 号去。
这样一群说得清的对象,看成一个整体,就是这一节要讲的集合。同一群人还有两种说法:一个个点名「2,4,6,8,10 号」,或者讲规则「1 到 10 号里的双数」。这正是集合的两种写法。
第 2 步
讲清楚
1. 概念定义|先认识几个词:集合与元素(从「收纳盒」到数学定义)
从初中进入高中,第一件事就是学习数学的「通用打包语言」。零散的研究对象叫元素,打包成的整体叫集合:
高中最常用的四个数集,从里到外一层装着一层。点按钮或点圈切换,看包含关系。
自然数集 N:0, 1, 2, 3, …,切记 0 属于 N;不含 0 的正整数集写作 N* 或 N+。
自然数集 N:0, 1, 2, 3, …,切记 0 属于 N;不含 0 的正整数集写作 N* 或 N+。
整数集 Z:在自然数的基础上加入负整数,…, −2, −1, 0, 1, 2, …。
有理数集 Q:所有能写成分数 p/q 的数(有限小数、无限循环小数),不含 √2, π 这样的无理数。
实数集 R:铺满整条数轴的所有数,有理数和无理数都在里面。
2. 能当集合的三大铁律
并不是任何一群对象都能叫集合!课标与教材规定,集合里的元素必须满足三大特征:
想一想
看答案与解析
答案:B
B,就是 {1,2,3,4}。A 和 C 都说不清:多高算高?多近算近?0.001 算接近,0.1 算不算?给一个对象判断不了在不在,就不「确定」。常见的错是觉得 C 也行——「接近」听起来像数学词,其实没给标准。
3. 集合的两种表示方法:列举法与描述法
想一想
看答案与解析
答案:B
B,是 {0,1,2,3}。选 A 的同学漏了 0:N 含 0。选 C 是把 4 也算进去了,可条件是 x<4,不含 4。
想一想
自己试试:集合 {(1,2),(3,4)} 有几个元素?
看答案与解析
答案:A
A。元素是两个点 (1,2) 和 (3,4)。选 B 的同学把每个点里的两个数拆开来数了:一个点不管写几个数,只是一个元素。
4. 用之前必查:三大高频翻车现场
再深一点(可以先跳过)
有限集和无限集:{1,2,3} 元素能数完,叫有限集;N、{x∣x>1} 元素数不完,叫无限集。无限集一般用描述法;元素有规律时也可以列举加省略号,如 {1,3,5,7,…}。
描述法里的字母可以换:{x∣x>1} 和 {t∣t>1} 是同一个集合,字母只是个代号。从实数里取时,「∈R」常常省略不写。
元素可以是任何东西:数、点、字母、人,甚至集合本身。比如 {{1},2} 有两个元素:一个是集合 {1},一个是数 2。
第 3 步
动手
① 描述法 → 列举法
选一个集合,拖动滑块改参数 a。数轴上实心绿点是集合里的元素。点一个数(或用 Tab 选中后按回车),看它为什么在或不在。
描述法:A={x∈Z|x2≤5}
列举法:A={−2, −1, 0, 1, 2}共 5 个元素
点数轴上的一个整数,看它为什么属于或不属于 A。
② 进阶:数集还是点集
拖动点 P(或选中后用方向键移动,每次 0.5)。靠近抛物线会自动吸上去。看同一个 y=x2 配三种「左边」时,判断结果有什么不同。
P(1.5, 1)
- (1.5, 1)∈∉{(x, y)|y=x2}1.52=2.25=≠1,P 不在抛物线上
- 1.5∈{x|y=x2}全体实数,任何 x 都在
- 1∈{y|y=x2}取 x=±1,就有 x2=1
第 4 步
练一练
从易到难排好了。前两道直接用,中间三道是最常见的错,最后一道是挑战。
直接用
想一想
看答案与解析
答案:B
B。左边:x 是整数;右边:−1≤x<3。−1 能取(带等号),3 不能取(不带等号)。选 A 的同学漏了 −1:负整数也是整数。选 C 的同学多写了 3。
想一想
看答案与解析
答案:C
C。−3 是整数。A:N∗ 是正整数,0 不是正数;B:2 是无理数,不在 Q 里;D:21 不是整数。
易错
想一想
- 把英文单词 letter 里出现的字母放进一个集合。这个集合里有几个元素?
看答案与解析
答案:C
C,是 {l,e,t,r}。
选 6 的同学是在数「字母出现了几次」。可集合只关心「谁在里面」:e 和 t 各出现两次,也只算一个元素——互不相同。顺序也不重要,写成 {r,t,e,l} 还是同一个集合。
想一想
看答案与解析
答案:B
B。{(1,2)} 的元素是一个点 (1,2),只有 1 个元素;{1,2} 的元素是两个数。比较集合前,先弄清元素是数还是点。
想一想
- a 是一个实数。集合 {x∣x2=a} 里一定有元素吗?
看答案与解析
答案:B
a<0 时,没有实数的平方等于 a,集合里一个元素都没有。A 默认了 a 存在;C 把「没有元素」当成了 {0},可 02=0=a,0 根本不在里面。有参数时,先想清楚集合会不会是空的。
挑战
想一想
- 已知集合 A={1, a, a2−a} 含有 3 个元素,且 2∈A,那么 a 等于多少?
看答案与解析
答案:B
B。{1, a, a2−a} 含有 3 个元素,说明这三个式子的值必须互不相同。
2∈A,要么 a=2,要么 a2−a=2(解得 a=2 或 a=−1)。
• 若 a=2,则 a=2 且 a2−a=2,集合退化为 {1,2} 只有 2 个元素,与题设「含有 3 个元素」矛盾,舍去;
• 若 a=−1,集合为 {1,−1,2},三个元素互不相同,符合题意。因此只有 a=−1。
【核心经验】:解出含参集合的参数后,必须代回原集合核验互异性!
第 5 步
高考真题
先独立作答,做完再对照分步解析。选择题点选项自动判对错;填空题写法不同时,看答案自己判。要用到后面章节的题收在最后,学到那里再做。
2018 全国Ⅱ卷(理科) 第 2 题 · 单选
已知集合 A={(x,y)∣x2+y2≤3, x∈Z, y∈Z},则 A 中元素的个数为( )。
看答案与解析
答案:A
先确定每个坐标能取的整数,再检查这些有序对是否全部满足约束。
确定坐标范围
若 ∣x∣≥2,则 x2+y2≥4>3,不符合。因此x只能取−1、0、1;同理y也只能取这三个整数。
逐组列举并计数
x=−1、0、1各对应y=−1、0、1三个有序对,共 3×3=9 个。它们均满足 x2+y2≤2≤3,因此没有额外排除,选 A。
集合的元素可以是有序对;计数前先明确“一个元素”是什么。
2020 上海春考 第 10 题 · 填空
已知 A={−3,−2,−1,0,1,2,3},a,b∈A,则 ∣a∣<∣b∣ 的情况有______种。
答案与解析
答案:18
思路
- 按b的绝对值逐项列出
b=0时无解。b=1或−1时,a只能为0,共2种。b=2或−2时,a可为−1、0、1,共6种。
- 完成最大绝对值情况
b=3或−3时,a可为−2、−1、0、1、2,共10种。合计2+6+10=18种。
易错点
- 把(a,b)与(b,a)当作同一情况。
- 漏掉0,或者把严格小于改成小于等于。
小结
有限集合条件题可直接按元素列举;先确定角色和严格边界。