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逻辑与集合 · 高考模拟习题集

30 选择题 + 30 判断题 + 10 推导题 + 10 计算题 · 高考难度 · 建议 90 分钟完成

对象:高一~高三(已学集合与逻辑) 时长:90 分钟(选择 20′ + 判断 15′ + 推导 25′ + 计算 25′ + 检查 5′) 计分:选择/判断各 2 分,推导/计算各 5 分,满分 220 分
得分:0 / 220
已答 0 / 60 · 选择 0/60 · 判断 0/60 · 推导 0/50 · 计算 0/50
使用说明:选择题、判断题点击选项提交后只提示对错、不直接给答案;每题均配有「思路提示」与「查看答案」两个按钮,点击才展开对应内容。推导题、计算题同理。全程约 90 分钟,可随时「重置」重新作答。

一、选择题 30 题 × 2 分

每题 4 个选项,只有一项符合题目要求。

1.集合已知集合 A={1,2,3},B={x | x²−x−2≤0,x∈Z},则 A∩B =( )
A. {1}
B. {1,2}
C. {0,1,2}
D. {−1,1,2}
解析:x²−x−2≤0 ⇔ (x−2)(x+1)≤0 ⇔ −1≤x≤2,结合 x∈Z 得 B={−1,0,1,2},故 A∩B={1,2}。选 B。
2.逻辑命题「∀x∈R,x²≥0」的否定是( )
A. ∃x∈R,x²<0
B. ∀x∈R,x²<0
C. ∃x∈R,x²≤0
D. ∀x∈R,x²≤0
解析:全称命题的否定是特称命题,量词 ∀ 改 ∃、结论取反面,即 ∃x∈R,x²<0。选 A。
3.逻辑已知 p:x>2,q:x>1,则 p 是 q 的( )
A. 充分不必要条件
B. 必要不充分条件
C. 充要条件
D. 既不充分也不必要条件
解析:x>2 ⇒ x>1,反之不成立(如 x=1.5),故 p 是 q 的充分不必要条件。选 A。
4.集合设集合 A={x | x²−5x+6=0},B={2},则下列关系正确的是( )
A. A∈B
B. B∈A
C. A⊆B
D. B⊆A
解析:x²−5x+6=0 ⇔ (x−2)(x−3)=0,A={2,3}。元素 2∈A,而集合 B={2}⊆A。选 D。
5.逻辑命题「若 x²=4,则 x=2」的逆否命题是( )
A. 若 x≠2,则 x²≠4
B. 若 x²≠4,则 x≠2
C. 若 x=2,则 x²=4
D. 若 x≠−2,则 x²≠4
解析:逆否命题:交换并同时否定条件与结论,即「若 x≠2,则 x²≠4」。选 A。
6.集合已知集合 A={x | 1<x<3},B={x | 2≤x≤4},则 A∪B =( )
A. {x | 1<x≤4}
B. {x | 1<x<4}
C. {x | 2≤x<3}
D. {x | 1≤x≤4}
解析:两区间并集:左端取 1(开),右端取 4(闭),A∪B={x | 1<x≤4}。选 A。
7.逻辑设 p:方程 x²+x−6=0 有一根为 2;q:方程 x²+x−6=0 有一根为 −3,则( )
A. p 真、q 假
B. p 假、q 真
C. p∨q 为假
D. p∧q 为真
解析:x²+x−6=(x−2)(x+3)=0,两根为 2 与 −3,p、q 均真,故 p∧q 为真。选 D。
8.集合设全集 U=R,A={x | x²−1>0},则 ∁UA =( )
A. {x | −1≤x≤1}
B. {x | x<−1 或 x>1}
C. {x | −1<x<1}
D. R
解析:x²−1>0 ⇔ x<−1 或 x>1,其补集为 {x | −1≤x≤1}。选 A。
9.逻辑「x∈A∩B」是「x∈A∪B」的( )
A. 充分不必要条件
B. 必要不充分条件
C. 充要条件
D. 既不充分也不必要条件
解析:x∈A∩B ⇒ x∈A∪B;反之不成立(x 只在 A 中时 x∈A∪B 但 x∉A∩B)。充分不必要。选 A。
10.逻辑已知命题 p:∃x∈R,x²+2x+2≤0,则 ¬p 为( )
A. ∀x∈R,x²+2x+2>0
B. ∃x∈R,x²+2x+2>0
C. ∀x∈R,x²+2x+2≥0
D. ∀x∈R,x²+2x+2<0
解析:特称命题的否定为全称命题:量词 ∃ 改 ∀、结论取反面,¬p:∀x∈R,x²+2x+2>0。选 A。
11.集合已知集合 A={a,b},B={a,b,c},则满足 A⊆M⊆B 的集合 M 的个数为( )
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
解析:M=A∪T,其中 T⊆{c},T 可取 ∅ 或 {c},共 2 种,故 M 的个数为 2。选 B。
12.逻辑命题「若 x>0 且 y>0,则 x+y>0」的否命题是( )
A. 若 x≤0 或 y≤0,则 x+y≤0
B. 若 x≤0 且 y≤0,则 x+y≤0
C. 若 x+y≤0,则 x≤0 或 y≤0
D. 若 x>0 或 y>0,则 x+y>0
解析:否命题:条件与结论同时否定。「x>0 且 y>0」的否定是「x≤0 或 y≤0」(德摩根定律),「x+y>0」的否定是「x+y≤0」。选 A。
13.集合已知集合 A={1,2,3,4,5},B={(x,y) | x∈A,y∈A,x−y∈A},则 B 中所含元素的个数为( )
A. 8
B. 10
C. 12
D. 16
解析:x−y∈{1,2,3,4,5} 且为正整数。按差值计数:差 1 有 4 对 (2,1)(3,2)(4,3)(5,4);差 2 有 3 对;差 3 有 2 对;差 4 有 1 对;差 5 无。共 4+3+2+1=10 个元素。选 B。
14.逻辑设 p、q 是两个命题,若 p∨q 为假命题,则( )
A. p、q 均假
B. p 假、q 真
C. p 真、q 假
D. p、q 均真
解析:「或」命题为假,当且仅当两个支命题均为假,故 p、q 均假。选 A。
15.集合已知集合 A={x | x²+ax+1=0} 为空集,则 a 的取值范围是( )
A. −2<a<2
B. −2≤a≤2
C. a<−2 或 a>2
D. a≤−2 或 a≥2
解析:一元二次方程 x²+ax+1=0 无实数根 ⇔ Δ=a²−4<0 ⇔ −2<a<2。选 A。
16.集合集合 A={x | x=2n,n∈Z},B={x | x=4n,n∈Z},则( )
A. B⊆A
B. A⊆B
C. A=B
D. A∩B=∅
解析:A 为偶数集,B 为 4 的倍数集。4n=2·(2n),故每个 B 的元素都是 A 的元素,B⊆A(真子集,如 2∈A 但 2∉B)。选 A。
17.逻辑命题「存在实数 x,使 x²+2x+5=0」的否定是( )
A. 存在实数 x,使 x²+2x+5≠0
B. 不存在实数 x,使 x²+2x+5≠0
C. 对任意实数 x,使 x²+2x+5≠0
D. 对任意实数 x,使 x²+2x+5=0
解析:特称命题的否定为全称命题:∃x 改为 ∀x,等式否定为不等,即「对任意实数 x,使 x²+2x+5≠0」。选 C。
18.集合设 U 为全集,集合 A、B 满足 A⊆B,则下列关系正确的是( )
A. ∁UA⊆∁UB
B. ∁UB⊆∁UA
C. ∁UA=∁UB
D. 无法确定
解析:子集取补集后包含关系反转:A⊆B ⇒ ∁UB⊆∁UA(可画文氏图验证)。选 B。
19.逻辑设 p:x²−3x−4≤0,q:|x−2|<3,则 p 是 q 的( )
A. 充分不必要条件
B. 必要不充分条件
C. 充要条件
D. 既不充分也不必要条件
解析:p:(x−4)(x+1)≤0 ⇔ −1≤x≤4;q:−1<x<5。x=−1 满足 p 不满足 q,故 p⇏q;x=4.5 满足 q 不满足 p,故 q⇏p。既不充分也不必要。选 D。
20.集合已知集合 A={x | x=3k+1,k∈Z},B={x | x=3k−2,k∈Z},则( )
A. A=B
B. A⊆B 且 A≠B
C. B⊆A 且 B≠A
D. A∩B=∅
解析:3k−2=3(k−1)+1,即 B 中元素均形如 3m+1;反之 3k+1=3(k+1)−2,故 A=B。选 A。
21.逻辑命题「∀x∈[1,2],x²−a≤0」为真命题,则 a 的最小值为( )
A. 1
B. 2
C. 4
D. 8
解析:对 ∀x∈[1,2] 恒有 x²≤a,等价于 a≥(x²)max=4,故 a 的最小值为 4。选 C。
22.集合设集合 A={0,1},B={x | x⊆A},则集合 B 中元素的个数为( )
A. 2
B. 3
C. 4
D. 8
解析:B 的元素是 A 的所有子集:∅、{0}、{1}、{0,1},共 4 个。选 C。
23.逻辑已知 p:x>3 或 x<−1,q:x>2,则 ¬p 是 q 的( )
A. 充分不必要条件
B. 必要不充分条件
C. 充要条件
D. 既不充分也不必要条件
解析:¬p:−1≤x≤3;q:x>2。取 x=0 满足 ¬p 但不满足 q;取 x=4 满足 q 但不满足 ¬p。故既不充分也不必要。选 D。
24.集合已知集合 A={−1,0,1},B={y | y=|x|,x∈A},则 A∩B =( )
A. {0}
B. {1}
C. {0,1}
D. {−1,0,1}
解析:B={|−1|,|0|,|1|}={0,1},A∩B={0,1}。选 C。
25.集合设全集 U={1,2,3,4,5},A∩B={2},∁UA∩B={4},∁UA∩∁UB={1,5},则( )
A. A={2,3}
B. A={2,4}
C. B={2,3}
D. B={3,4}
解析:画文氏图:A∩B={2};B 中不属于 A 的只有 4;既不在 A 也不在 B 的为 1,5;剩余元素 3 必属于 A 且不属于 B。故 A={2,3},B={2,4}。选 A。
26.逻辑命题「若 m<n,则 m²<n²」是假命题,下列可作反例的是( )
A. m=1,n=−2
B. m=2,n=3
C. m=0,n=1
D. m=−3,n=−2
解析:反例需满足 m<n 且 m²≥n²。取 m=−3,n=−2:−3<−2 但 9>4。选 D。
27.集合已知集合 A={x | x²+ax+2=0} 中恰有一个元素,则 a =( )
A. ±2√2
B. ±2
C. 2√2
D. −2√2
解析:一元二次方程恰有一个实根(二重根)⇔ Δ=a²−8=0 ⇔ a=±2√2。选 A。
28.集合设集合 A={1,2,4},B={x | x²−4x+m=0},若 A∩B={1},则 B =( )
A. {1,3}
B. {1,−3}
C. {1,4}
D. {1,0}
解析:由 1∈B 得 1−4+m=0 ⇒ m=3,B={x | x²−4x+3=0}={1,3}。选 A。
29.逻辑「a=b」是「ac=bc」的( )
A. 充分不必要条件
B. 必要不充分条件
C. 充要条件
D. 既不充分也不必要条件
解析:a=b ⇒ ac=bc;但 ac=bc 时若 c=0 不能推出 a=b,故充分不必要。选 A。
30.集合已知集合 A={x | 1≤x≤3},B={x | x>a},若 A⊆B,则 a 的取值范围是( )
A. a<1
B. a≤1
C. a≤3
D. a>3
解析:A⊆B 即 [1,3]⊆(a,+∞),须 a<1(若 a=1,则 x=1∉B)。选 A。

二、判断题 30 题 × 2 分

判断下列说法是否正确:正确的选「正确」,错误的选「错误」。

1.逻辑命题的否定只否定结论;否命题同时否定条件与结论。
正确
错误
解析:说法正确。命题的否定只否定结论;否命题将条件、结论同时否定。
2.逻辑原命题与其逆否命题同真同假。
正确
错误
解析:正确。互为逆否的两个命题等价,这是反证法的理论依据。
3.逻辑全称命题的否定是特称命题。
正确
错误
解析:正确。¬(∀x,p(x)) ⇔ ∃x,¬p(x)。
4.逻辑命题「若 x>1,则 x>0」的逆命题为真。
正确
错误
解析:错误。逆命题为「若 x>0,则 x>1」,取 x=0.5 即反例,为假命题。
5.逻辑「x>2」是「x>1」的充分不必要条件。
正确
错误
解析:正确。x>2 ⇒ x>1,反之不成立,充分不必要。
6.逻辑若 p∧q 为真命题,则 p∨q 必为真命题。
正确
错误
解析:正确。p∧q 为真 ⇒ p、q 均真 ⇒ p∨q 为真。
7.逻辑若 p∨q 为假命题,则 p∧q 必为假命题。
正确
错误
解析:正确。p∨q 为假 ⇒ p、q 均假 ⇒ p∧q 为假。
8.逻辑命题「∀x∈R,x²+1>0」为真命题。
正确
错误
解析:正确。x²≥0 对一切实数成立,x²+1≥1>0。
9.逻辑命题「∃x∈R,x²<0」为真命题。
正确
错误
解析:错误。对任意实数 x,x²≥0,不存在 x²<0。
10.逻辑若 p 是 q 的必要不充分条件,则 q 是 p 的充分不必要条件。
正确
错误
解析:正确。p 是 q 的必要不充分 ⇔ q⇒p 且 p⇏q ⇔ q 是 p 的充分不必要。
11.逻辑「p 或 q」为真,当且仅当 p、q 中至少有一个为真。
正确
错误
解析:正确。这是「或」命题的真值定义。
12.逻辑命题「若 a>0 且 b>0,则 ab>0」的否命题为真。
正确
错误
解析:错误。否命题为「若 a≤0 或 b≤0,则 ab≤0」,取 a=−1,b=−2 得 ab=2>0,为假命题。
13.逻辑反证法的一般步骤:先假设结论成立,再推出矛盾。
正确
错误
解析:错误。反证法是先假设结论不成立,然后推出与已知条件、公理或事实相矛盾,从而说明假设错误、原结论成立。
14.逻辑命题「∃x∈Z,x²=2」为真命题。
正确
错误
解析:错误。x²=2 的解为 ±√2,均不是整数,故不存在这样的整数 x。
15.逻辑若 p 是 q 的充分不必要条件,则 ¬p 是 ¬q 的必要不充分条件。
正确
错误
解析:正确。p⇒q ⇔ ¬q⇒¬p(逆否),且 q⇏p ⇔ ¬p⇏¬q,故 ¬p 是 ¬q 的必要不充分条件。
16.集合空集是任何集合的子集。
正确
错误
解析:正确。空集是任何集合的子集,即 ∅⊆A 对任意集合 A 成立。
17.集合空集是任何非空集合的真子集。
正确
错误
解析:正确。∅⊆A 且 ∅≠A(A 非空),故 ∅ 是 A 的真子集。
18.集合若集合 A={a,b},B={b,a},则 A=B。
正确
错误
解析:正确。集合中元素无序,两集合元素完全相同,故相等。
19.集合0∈∅。
正确
错误
解析:错误。空集不含任何元素,0∉∅。
20.集合若 A⊆B,则 A∩B=A。
正确
错误
解析:正确。A 的元素全在 B 中,交集就是 A 本身。
21.集合若 A⊆B 且 B⊆A,则 A=B。
正确
错误
解析:正确。互相包含即两集合元素完全相同,这是判断集合相等的依据。
22.集合集合 {x∈N | x²<5} 有 3 个元素。
正确
错误
解析:正确。x²<5 且 x∈N:0,1,2 共 3 个元素(教材规定自然数集含 0)。
23.集合若 A∪B=A,则 B⊆A。
正确
错误
解析:正确。并集等于 A 说明 B 中每个元素都在 A 中,即 B⊆A。
24.集合设 U 为全集,则 ∁U(∁UA)=A。
正确
错误
解析:正确。补集取两次回到自身(对合律),画文氏图即可验证。
25.集合A∪(B∩C)=(A∪B)∩(A∪C)。
正确
错误
解析:正确。这是交、并对彼此的分配律,可用文氏图或元素归属证明。
26.集合集合 A 有 3 个元素,则 A 的真子集有 8 个。
正确
错误
解析:错误。3 个元素的集合子集有 2³=8 个,但真子集要去掉它本身,为 8−1=7 个。
27.集合若 A∩B=∅,则 A=∅ 或 B=∅。
正确
错误
解析:错误。如 A={1},B={2},A∩B=∅ 但 A、B 均非空。
28.集合设 A={x | x=2k,k∈Z},B={x | x=2k+2,k∈Z},则 A=B。
正确
错误
解析:正确。2k+2=2(k+1),两者都表示偶数集,故 A=B。
29.集合若 x∈A∪B,则 x∈A 或 x∈B。
正确
错误
解析:正确。这正是并集的定义:元素属于并集 ⇔ 属于至少一个集合。
30.集合已知 U={1,2,3,4},A={1,2},B={2,3},则 A∩∁UB={1}。
正确
错误
解析:正确。∁UB={1,4},A∩∁UB={1,2}∩{1,4}={1}。

三、推导题 10 题 × 5 分

写出完整的推理过程。可先点「思路提示」获取方向,完成后点「查看答案」核对并自评。

1.逻辑用真值表证明:¬(p∧q) 与 ¬p∨¬q 等价(德摩根定律的「且」形式)。
证:列出四种赋值下两个命题的真值:
p=T,q=T:p∧q=T,¬(p∧q)=F;¬p∨¬q=F∨F=F ✓
p=T,q=F:p∧q=F,¬(p∧q)=T;¬p∨¬q=F∨T=T ✓
p=F,q=T:p∧q=F,¬(p∧q)=T;¬p∨¬q=T∨F=T ✓
p=F,q=F:p∧q=F,¬(p∧q)=T;¬p∨¬q=T∨T=T ✓
结论:两组真值完全相同,故 ¬(p∧q) ⇔ ¬p∨¬q,命题得证。它在逻辑推理中的作用是把「否定一个且命题」转化为「否定两个支命题再取或」。
2.逻辑用真值表证明:原命题「若 p 则 q」与其逆否命题「若 ¬q 则 ¬p」等价,并说明由此得到的证明方法。
证:「若 p 则 q」只在 p=T、q=F 时为假,其余为真:
p=T,q=T:p⇒q=T;¬q⇒¬p:F⇒F=T ✓
p=T,q=F:p⇒q=F;¬q⇒¬p:T⇒F=F ✓
p=F,q=T:p⇒q=T;¬q⇒¬p:F⇒T=T ✓
p=F,q=F:p⇒q=T;¬q⇒¬p:T⇒T=T ✓
结论:两者同真同假,即「若 p 则 q」⇔「若 ¬q 则 ¬p」。
方法:当直接证明「若 p 则 q」困难时,改证其逆否命题「若 ¬q 则 ¬p」,即反证法的思想源头。
3.逻辑设命题 p:「∀x∈R,x²+ax+1>0」为假命题,求实数 a 的取值范围,并写出 ¬p。
第一步:p 为假 ⇔ ¬p 为真,即「∃x∈R,x²+ax+1≤0」为真。
第二步:「∀x∈R,x²+ax+1>0 恒成立」等价于 Δ=a²−4<0,即 −2<a<2 时 p 为真。
第三步:故 p 为假时,a 取相反范围:a≤−2 或 a≥2。
第四步:¬p 为「∃x∈R,x²+ax+1≤0」。
答案:a∈(−∞,−2]∪[2,+∞);¬p:∃x∈R,x²+ax+1≤0。
4.逻辑已知 p:x²−5x+6≤0,q:x²−4x+3<0,判断 p 是 q 的什么条件,并写出完整推导。
第一步:解 p:x²−5x+6=(x−2)(x−3)≤0 ⇒ 2≤x≤3,即 p 对应集合 P=[2,3]。
第二步:解 q:x²−4x+3=(x−1)(x−3)<0 ⇒ 1<x<3,即 q 对应集合 Q=(1,3)。
第三步:比较包含关系:x=2 时 x∈P 但 x∉Q,故 P⊄Q,p⇏q;x=2.5 时 x∈Q 且 x∈P,再取 x=2,x∈P 而 x∉Q,需检验 Q⊆P:Q=(1,3),P=[2,3],取 x=1.5∈Q 但 1.5∉P,故 Q⊄P,q⇏p。
第四步:双向都不成立。
答案:p 是 q 的既不充分也不必要条件。
5.逻辑判断命题「∃x∈Z,使 x²=3」的真假并证明,再写出它的否定。
判断:该特称命题为假命题。
证明:若整数 x 满足 x²=3,则 x=±√3。因 √3 不是整数,与 x∈Z 矛盾,故不存在这样的整数 x。
否定:全称命题「∀x∈Z,x²≠3」。
答案:假命题;¬p:∀x∈Z,x²≠3。
6.集合已知集合 A={x | ax²−2x+1=0} 至多有一个元素,求实数 a 的取值范围。
分类讨论(关键:不要漏掉 a=0):
① a=0:方程化为 −2x+1=0,x=½,恰有一个元素,符合「至多一个」。
② a≠0:一元二次方程至多一个实根 ⇔ Δ≤0,即 4−4a≤0 ⇒ a≥1。
综合:a=0 或 a≥1。
答案:a=0 或 a≥1。
7.集合某班共有 45 人,其中 30 人会打篮球,25 人会踢足球,两种都会的有 18 人。求两种都不会的人数。
第一步(容斥原理):至少会一种的人数 = |A∪B| = |A|+|B|−|A∩B| = 30+25−18 = 37。
第二步:两种都不会的人数 = 45−37 = 8。
答案:8 人。
8.集合已知集合 A={x | 1≤x≤3},B={x | m≤x≤2m+1},若 B⊆A,求实数 m 的取值范围。
第一步(讨论空集):当 B=∅ 时,m>2m+1 ⇒ m<−1,此时 B⊆A 恒成立。
第二步(B 非空):B≠∅ 时需 m≤2m+1 即 m≥−1,且 B 的端点落在 A 内:m≥1 且 2m+1≤3 ⇒ m≥1 且 m≤1 ⇒ m=1。
第三步:验证 m=1:B={x | 1≤x≤3}=A,B⊆A 成立。
综合:m<−1 或 m=1。
答案:m<−1 或 m=1。
9.集合证明:集合 A={x | x=2n,n∈Z} 与 B={x | x=2m−2,m∈Z} 相等。
证法:证明 A⊆B 且 B⊆A(集合相等判定)。
① A⊆B:对任意 x∈A,存在 n∈Z 使 x=2n。取 m=n+1∈Z,则 x=2n=2(n+1)−2=2m−2∈B。故 A⊆B。
② B⊆A:对任意 x∈B,存在 m∈Z 使 x=2m−2=2(m−1)。取 n=m−1∈Z,则 x=2n∈A。故 B⊆A。
结论:双向包含成立,故 A=B。实际上两者都是偶数集,只是表示形式不同。
10.逻辑已知 p、q 均为命题,且「p∨q 为真」「p∧q 为假」同时成立,试确定 p、q 的真假,并给出完整推理。
第一步:由 p∨q 为真,p、q 至少有一个为真(不可能全假)。
第二步:由 p∧q 为假,p、q 不可能全真(至少有一个为假)。
第三步:综合两步:「至少一个真」且「至少一个假」⇒ p、q 一真一假。
第四步:再验证两种情形均满足条件:p 真 q 假时,p∨q 真、p∧q 假;p 假 q 真时同理。
答案:p、q 一真一假(p 真 q 假,或 p 假 q 真)。

四、计算题 10 题 × 5 分

要求写出完整的计算或推理过程。可先点「思路提示」获取方向,完成后点「查看答案」核对并自评。

1.集合已知全集 U={x∈N | 1≤x≤8},A={1,2,3,4,5},B={2,4,6,7}。求:(1) A∪B;(2) A∩B;(3) ∁U(A∪B);(4) (∁UA)∩B。
第一步:U={1,2,3,4,5,6,7,8}。
第二步:(1) A∪B={1,2,3,4,5}∪{2,4,6,7}={1,2,3,4,5,6,7}。
第三步:(2) A∩B={2,4}。
第四步:(3) ∁U(A∪B)=U−(A∪B)={8}。
第五步:(4) ∁UA={6,7,8},故 (∁UA)∩B={6,7}。
答案:(1){1,2,3,4,5,6,7};(2){2,4};(3){8};(4){6,7}。
2.集合已知集合 A={x | −1≤x≤3},B={x | m−2≤x≤m+2}。若 A∩B={x | 0≤x≤3},求实数 m 的值。
第一步:A=[−1,3],B=[m−2,m+2]。
第二步:A∩B 的左端点是 max{−1, m−2},已知交集左端为 0,故 m−2=0,即 m=2。
第三步:验证:m=2 时 B=[0,4],A∩B=[−1,3]∩[0,4]=[0,3],符合题意。
答案:m=2。
3.集合已知集合 A={x | (x−1)(x−a)=0} 的子集个数为 4,求实数 a 的值。
第一步:n 个元素的集合有 2ⁿ 个子集,子集个数为 4=2²,故 A 恰有 2 个元素。
第二步:方程 (x−1)(x−a)=0 的根为 x=1 与 x=a,恰有两个不同实根 ⇔ a≠1。
第三步:当 a=1 时 A={1} 只有 1 个元素、2 个子集,不合题意。
答案:a∈R 且 a≠1。
4.集合某班 60 名同学,参加数学竞赛的有 30 人,参加物理竞赛的有 25 人,两科竞赛都参加的有 12 人。求:(1) 至少参加一科竞赛的人数;(2) 两科都不参加的人数;(3) 恰好只参加一科竞赛的人数。
设:A={参加数学竞赛的同学},B={参加物理竞赛的同学},则 |A|=30,|B|=25,|A∩B|=12。
第一步(容斥原理):(1) |A∪B|=|A|+|B|−|A∩B|=30+25−12=43(人)。
第二步:(2) 两科都不参加 = 60−43=17(人)。
第三步:(3) 只参加一科 = (|A|−|A∩B|)+(|B|−|A∩B|)=(30−12)+(25−12)=18+13=31(人)。
答案:(1) 43 人;(2) 17 人;(3) 31 人。
5.逻辑已知 p:x²−5x+6≤0,q:x²−(a+1)x+a≤0。若 q 是 p 的必要不充分条件,求实数 a 的取值范围。
第一步:解 p:x²−5x+6=(x−2)(x−3)≤0 ⇒ 2≤x≤3,即 P=[2,3]。
第二步:q 对应 Q:x²−(a+1)x+a=(x−1)(x−a)≤0。
第三步:「q 是 p 的必要不充分条件」⇔ P⊊Q(P 真包含于 Q)。
第四步(分类):若 a<1,Q=[a,1],不含 [2,3],不合;若 a=1,Q={1},不合;若 a>1,Q=[1,a],需 [2,3]⊆[1,a] 且两者不等,即 a≥3。
第五步(验证):a=3 时 Q=[1,3],P=[2,3]⊊Q,符合;a>3 时同样符合。
答案:a∈[3,+∞)。
6.逻辑若命题 p:「∀x∈[1,3],x²−ax+2≥0」为真命题,求实数 a 的取值范围。
第一步(分离参数):对 x∈[1,3] 恒有 x²−ax+2≥0 ⇔ a≤x+2/x 恒成立,即 a≤(x+2/x)min
第二步(求最小值):由均值不等式,x+2/x≥2√(x·2/x)=2√2,当且仅当 x=2/x,即 x=√2∈[1,3] 时取等。
第三步:故 (x+2/x)min=2√2,a≤2√2。
答案:a∈(−∞,2√2]。
7.逻辑写出下列命题的否定,并判断原命题与否定命题的真假:(1) ∀x∈R,x²+2x+2>0;(2) ∃x∈R,x²+1=0。
规则:全称命题的否定是特称命题,特称命题的否定是全称命题(¬∀=∃,¬∃=∀)。
(1):否定为「∃x∈R,x²+2x+2≤0」。因 x²+2x+2=(x+1)²+1>0 恒成立,原命题为真,其否定为假。
(2):否定为「∀x∈R,x²+1≠0」。因 x²+1≥1>0 恒成立,原命题为假,其否定为真。
答案:(1) 否定:∃x∈R,x²+2x+2≤0(原真,否定假);(2) 否定:∀x∈R,x²+1≠0(原假,否定真)。
8.集合设全集 U={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10},A={1,2,3,4},B={3,4,5,6}。验证德摩根定律:∁U(A∪B)=∁UA∩∁UB。
第一步(左端):A∪B={1,2,3,4,5,6},∁U(A∪B)=U−(A∪B)={7,8,9,10}。
第二步(右端):UA={5,6,7,8,9,10},∁UB={1,2,7,8,9,10}。
第三步:UA∩∁UB={7,8,9,10}。
第四步:左右两端同为 {7,8,9,10},等式成立,德摩根定律得到验证。
答案:两边都等于 {7,8,9,10},等式成立。
9.集合已知集合 A={x | x=3k+1,k∈Z,0≤k≤4}。(1) 用列举法表示 A;(2) 求 A 中所有元素之和;(3) 求 A 的子集个数。
第一步:k 取 0,1,2,3,4,代入 x=3k+1 得 x=1,4,7,10,13。
第二步:(1) A={1,4,7,10,13}。
第三步:(2) 元素之和 = 1+4+7+10+13=35。
第四步:(3) A 有 5 个元素,子集个数 = 2⁵=32。
答案:(1) {1,4,7,10,13};(2) 35;(3) 32。
10.逻辑设集合 A={x | −2≤x≤3},B={x | m−1≤x≤2m+1}。条件 p:x∈A,q:x∈B。若 p 是 q 的必要条件,求实数 m 的取值范围。
第一步(转化):p 是 q 的必要条件 ⇔ q⇒p ⇔ B⊆A。
第二步(讨论空集):B=∅ 时,m−1>2m+1 ⇒ m<−2,空集是任何集合的子集,B⊆A 成立。
第三步(B 非空):B≠∅ 时需 m≥−2,且端点落在 A 内:m−1≥−2 且 2m+1≤3,即 m≥−1 且 m≤1,故 −1≤m≤1。
第四步(综合):m<−2 或 −1≤m≤1。
答案:m∈(−∞,−2)∪[−1,1]。