日期:2021-05-12
這是集合的基本運算教學設(shè)計一等獎,是優(yōu)秀的數(shù)學教案文章,供老師家長們參考學習。
教學分析
課本從學生熟悉的集合出發(fā),結(jié)合實例,通過類比實數(shù)加法運算引入集合間的運算,同時,結(jié)合相關(guān)內(nèi)容介紹子集和全集等概念.在安排這部分內(nèi)容時,課本繼續(xù)注重體現(xiàn)邏輯思考的方法,如類比等.
值得注意的問題:在全集和補集的教學中,應(yīng)注意利用圖形的直觀作用,幫助學生理解補集的概念,并能夠用直觀圖進行求補集的運算.
三維目標
1.理解兩個集合的并集與交集、全集的含義,掌握求兩個簡單集合的交集與并集的方法,會求給定子集的補集,感受集合作為一種語言,在表示數(shù)學內(nèi)容時的簡潔和準確,進一步提高類比的能力.
2.通過觀察和類比,借助Venn圖理解集合的基本運算.體會直觀圖示對理解抽象概念的作用,培養(yǎng)數(shù)形結(jié)合的思想.
重點難點
教學重點:交集與并集、全集與補集的概念.
教學難點:理解交集與并集的概念,以及符號之間的區(qū)別與聯(lián)系.
課時安排
2課時
教學過程
第1課時
導(dǎo)入新課
思路1.我們知道,實數(shù)有加法運算,兩個實數(shù)可以相加,例如5+3=8.類比實數(shù)的加法運算,集合是否也可以“相加”呢?教師直接點出課題.
思路2.請同學們考察下列各個集合,你能說出集合C與集合A,B之間的關(guān)系嗎?
(1)A={1,3,5},B={2,4,6},C={1,2,3,4,5,6};
(2)A={x|x是有理數(shù)},B={x|x是無理數(shù)},C={x|x是實數(shù)}.
引導(dǎo)學生通過觀察、類比、思考和交流,得出結(jié)論.教師強調(diào)集合也有運算,這就是我們本節(jié)課所要學習的內(nèi)容.
思路3.(1)①如圖1甲和乙所示,觀察兩個圖的陰影部分,它們分別同集合A、集合B有什么關(guān)系?
圖1
②觀察集合A,B與集合C={1,2,3,4}之間的關(guān)系.
學生思考交流并回答,教師直接指出這就是本節(jié)課學習的課題:集合的基本運算.
(2)①已知集合A={1,2,3},B={2,3,4},寫出由集合A,B中的所有元素組成的集合C.
②已知集合A={x|x>1},B={x|x<0},在數(shù)軸上表示出集合A與B,并寫出由集合A與B中的所有元素組成的集合C.
推進新課
新知探究
提出問題
(1)通過上述問題中集合A,B與集合C之間的關(guān)系,類比實數(shù)的加法運算,你發(fā)現(xiàn)了什么?
(2)用文字語言來敘述上述問題中,集合A,B與集合C之間的關(guān)系.
(3)用數(shù)學符號來敘述上述問題中,集合A,B與集合C之間的關(guān)系.
(4)試用Venn圖表示A∪B=C.
(5)請給出集合的并集定義.
(6)求集合的并集是集合間的一種運算,那么,集合間還有其他運算嗎?
請同學們考察下面的問題,集合A,B與集合C之間有什么關(guān)系?
①A={2,4,6,8,10},B={3,5,8,12},C={8};
②A={x|x是國興中學2012年9月入學的高一年級女同學},B={x|x是國興中學2012年9月入學的高一年級男同學},C={x|x是國興中學2012年9月入學的高一年級同學}.
(7)類比集合的并集,請給出集合的交集定義,并分別用三種不同的語言形式來表達.
活動:先讓學生思考或討論問題,然后再回答,經(jīng)教師提示、點撥,并對回答正確的學生及時表揚,對回答不準確的學生提示引導(dǎo)考慮問題的思路,主要引導(dǎo)學生發(fā)現(xiàn)集合的并集和交集運算并能用數(shù)學符號來刻畫,用Venn圖來表示.
討論結(jié)果:(1)集合之間也可以相加,也可以進行運算,但是為了不和實數(shù)的運算相混淆,規(guī)定這種運算不叫集合的加法,而是叫做求集合的并集.集合C叫集合A與B的并集.記為A∪B=C,讀作A并B.
(2)所有屬于集合A或?qū)儆诩螧的元素組成了集合C.
(3)C={x|x∈A,或x∈B}.
(4)如圖1所示.
(5)一般地,由所有屬于集合A或?qū)儆诩螧的元素所組成的集合,稱為集合A與B的并集.其含義用符號表示為A∪B={x|x∈A,或x∈B},用Venn圖表示,如圖1所示.
(6)集合之間還可以求它們的公共元素組成的集合,這種運算叫求集合的交集,記作A∩B,讀作A交B.①A∩B=C,②A∪B=C.
(7)一般地,由屬于集合A且屬于集合B的所有元素組成的集合,稱為A與B的交集.
其含義用符號表示為:
A∩B={x|x∈A,且x∈B}.
用Venn圖表示,如圖2所示.
圖2
應(yīng)用示例
例1 集合A={x|x<5},B={x|x>0},C={x|x≥10},則A∩B,B∪C,A∩B∩C分別是什么?
活動:學生先思考集合中元素的特征,明確集合中的元素.將集合中元素利用數(shù)形結(jié)合在數(shù)軸上找到,那么運算結(jié)果尋求就易進行.這三個集合都是用描述法表示的數(shù)集,求集合的并集和交集的關(guān)鍵是找出它們的公共元素和所有元素.
解:因為A={x|x<5},B={x|x>0},C={x|x≥10},在數(shù)軸上表示,如圖3所示,所以A∩B={x|00},A∩B∩C= .
圖3
點評:本題主要考查集合的交集和并集.求集合的并集和交集時,①明確集合中的元素;②依據(jù)并集和交集的含義,直接觀察或借助于數(shù)軸或Venn圖寫出結(jié)果.
變式訓(xùn)練
1.設(shè)集合A={x|x=2n,n∈N*},B={x|x=2n,n∈N},求A∩B,A∪B.
解:對任意m∈A,則有m=2n=2•2n-1,n∈N*,因n∈N*,故n-1∈N,有2n-1∈N,那么m∈B,即對任意m∈A有m∈B,所以A⊆B.
而10∈B但10 A,即A B,那么A∩B=A,A∪B=B.
2.求滿足{1,2}∪B={1,2,3}的集合B的個數(shù).
解:滿足{1,2}∪B={1,2,3}的集合B一定含有元素3,B={3};還可含1或2其中一個,有{1,3},{2,3};還可含1和2,即{1,2,3},那么共有4個滿足條件的集合B.
3.設(shè)集合A={-4,2,a-1,a2},B={9,a-5,1-a},已知A∩B={9},求a.
解:∵A∩B={9},則9∈A,a-1=9或a2=9.
∴a=10或a=±3.
當a=10時,a-5=5 ,1-a=-9;
當a=3時,a-1=2不合題意;
當a=-3時,a-1=-4不合題意.
故a=10.此時A={-4,2,9,100},B={9,5,-9},滿足A∩B={9}.
4.設(shè)集合A={x|2x+1<3},B={x|-3
A.{x|-3
C.{x|x>-3} D.{x|x<1}
解析:集合A={x|2x+1<3}={x|x<1},
觀察或由數(shù)軸得A∩B={x|-3
答案:A
例2 設(shè)集合A={x|x2+4x=0},B={x|x2+2(a+1)x+a2-1=0,a∈R},若A∩B=B,求a的值.
活動:明確集合A,B中的元素,教師和學生共同探討滿足A∩B=B的集合A,B的關(guān)系.集 合A是方程x2+4x=0的解組成的集合,可以發(fā)現(xiàn),B⊆A,通過分類討論集合B是否為空集來求a的值.利用集合的表示 法來認識集合A,B均是方程的解集,通過畫Venn圖發(fā)現(xiàn)集合A,B的關(guān)系,從數(shù)軸上分析求得a的值.
解:由題意得A={-4,0}.
∵A∩B=B,∴B⊆A.
∴B= 或B≠ .
當B= 時,即關(guān)于x的方程x2+2(a+1)x+a2-1=0無實數(shù)解,
則Δ=4(a+1)2-4(a2-1)<0,解得a<-1.
當B≠ 時,若集合B僅含有一個元素,則Δ=4(a+1)2-4(a2-1)=0,解得a=-1,
此時,B={x|x2=0}={0}⊆A,即a=-1符合題意.
若集合B含有兩個元素,則這兩個元素是-4,0,
即關(guān)于x的方程x2+2(a+1)x+a2-1=0的解是-4,0.
則有-4+0=-2(a+1),-4×0=a2-1.
解得a=1,則a=1符合題意.
綜上所得,a=1或a≤-1.
變式訓(xùn)練
1.已知非空集合A={x|2a+1≤x≤3a-5},B={x|3≤x≤22},則能使A⊆(A∩B)成立的所有a值的集合是什么?
解:由題意知A⊆(A∩B),即A⊆B,A非空,利用數(shù)軸得 解得6≤a≤9,即所有a值的集合是{a|6≤a≤9}.
2.已知集合A={x|-2≤x≤5},集合B={x|m+1≤x≤2m -1},且A∪B=A,試求實數(shù)m的取值范圍.
分析:由A∪B=A得B⊆A,則有B= 或B≠ ,因此對集合B分類討論.
解:∵A∪B=A,∴B⊆A.
又∵A={x|-2≤x≤5}≠ ,∴B= ,或B≠ .
當B= 時,有m+1>2m-1,∴m<2.
當B≠ 時,觀察圖4:
圖4
由數(shù)軸可得 解得2≤m≤3.
綜上所述,實數(shù)m的取值范圍是m<2或2≤m≤3,即m≤3.
點評:本題主要考查集合的運算、分類討論的思想,以及集合間關(guān)系的應(yīng)用.已知兩個集合的運算結(jié)果,求集合中參數(shù)的值時,由集合的運算結(jié)果確定它們的關(guān)系,通過深刻理解集合表示法的轉(zhuǎn)換,把相關(guān)問題化歸為其他常見的方程、不等式等數(shù)學問題.這稱為數(shù)學的化歸思想,是數(shù)學中的常用方法,學會應(yīng)用化歸和分類討論的數(shù)學思想方法解決有關(guān)問題.
知能訓(xùn)練
課本本節(jié)練習1,2,3.
【補充練習】
1.設(shè)集合A={3,5,6,8},B={4,5,7,8},
(1)求A∩B,A∪B.
(2)用適當?shù)姆?⊇,⊆)填空:
A∩B________A,B________A∩B,A∪B________A,A∪B________B,A∩B________A∪B.
解:(1)因A,B的公共元素為5,8,故兩集合的公共部分為5,8,
則A∩B={3,5,6,8}∩{4,5,7,8}={5,8}.
又A,B兩集合的所有相異元素為3,4,5,6,7,8,故A∪B={3,4,5,6,7,8}.
(2)由Venn圖可知
A∩B⊆A,B⊇A∩B,A∪B⊇A,A∪B⊇B,A∩B⊆A∪B.
2.設(shè)A={x|x<5},B={x|x≥0},求A∩B.
解:因x<5及x≥0的公共部分為0≤x<5,
故A∩B={x|x<5}∩{x|x≥0}={x|0≤x<5}.
3.設(shè)A={x|x是銳角三角形},B={x|x是直角三角形},求A∩B.
解:因三角形按角分類時,銳角三角形和直角三角形彼此孤立,故A,B兩集合沒有公共部分.
所以A∩B={x|x是銳角三角形}∩{x|x是鈍角三角形}= .
4.設(shè)A={x|x>-2},B={x|x≥3},求A∪B.
解:在數(shù)軸上將A,B分別表示出來,得A∪B={x|x>-2}.
5.設(shè)A={x|x是平行四邊形},B={x|x是矩形},求A∪B.
解:因矩形是平行四邊形,故由A及B的元素組成的集合為A∪B,A∪B={x|x是平行四邊形}.
6.已知M={1},N={1,2},設(shè)A={(x,y)|x∈M,y∈N},B={(x,y)|x∈N,y∈M},求A∩B,A∪B.
分析:M,N中的元素是數(shù),A,B中的元素是平面內(nèi)的點集,關(guān)鍵是找其元素.
解:∵M={1},N={1,2},∴A={(1,1),(1,2)},B={(1,1),(2,1)},故A∩B={(1,1)},A∪B={(1,1),(1,2),(2,1)}.
7.若A,B,C為三個集合,A∪B=B∩C,則一定有(
)
A.A⊆C B.C⊆A C.A≠C D.A=
解析:思路一:∵(B∩C)⊆B,(B∩C)⊆C,A∪B=B∩C,
∴A∪B⊆B,A∪B⊆C.∴A⊆B⊆C.∴A⊆C.
思路二:取滿足條件的A={1},B={1,2},C={1,2,3},排除B,D,
令A(yù)={1,2},B={1,2},C={1,2},則此時也滿足條件A∪B=B∩C,
而此時A=C,排除C.
答案:A
拓展提升
觀察:(1)集合A={1,2},B={1,2,3,4}時,A∩B,A∪B這兩個運算結(jié)果與集合A,B的關(guān)系;
(2)當A= 時,A∩B,A∪B這兩個運算結(jié)果與集合A,B的關(guān)系;
(3)當A=B={1,2}時,A∩B,A∪B這兩個運算結(jié)果與集合A,B的關(guān)系.
由(1)(2)(3)你發(fā)現(xiàn)了什么結(jié)論?
圖5
活動:依據(jù)集合的交集和并集的含義寫出運算結(jié)果,并觀察與集 合A,B的關(guān)系.用Venn圖來發(fā)現(xiàn)運算結(jié)果與集合A,B的關(guān)系.(1)(2)(3)中的集合A,B均滿足A⊆B,用Venn圖表示,如圖5所示,就可以發(fā)現(xiàn)A∩B,A∪B與集合A,B的關(guān)系.
解:A∩B=A⇔A⊆B⇔A∪B=B.
用類似方法,可以得到集合的運算性質(zhì),歸納如下:
A∪B=B∪A,A⊆(A∪B),B⊆(A∪B);A∪A=A,A∪ =A,A⊆B⇔A∪B=B;
A∩B=B∩A;(A∩B)⊆A,(A∩B)⊆B;A∩A=A;A∩ = ;A⊆B⇔A∩B=A.
課堂小結(jié)
本節(jié)主要學習了:
1.集合的交集和并集.
2.通常借助于數(shù)軸或Venn圖來求交集和并集.
作業(yè)
1.課外思考:對于集合的基本運算,你能得出哪些運算規(guī)律?
2.請你舉出現(xiàn)實生活中的一個實例,并說明其并集、交集和補集的現(xiàn)實含義.
3.書面作業(yè):課本習題1.1,A組,6,7,8.
設(shè)計感想
由于本節(jié)課內(nèi)容比較容易接受,也是歷年高考的必考內(nèi)容之一,所以在教學設(shè)計上注重加強練習和拓展課本內(nèi)容.設(shè)計中通過借助于數(shù)軸或Venn圖寫出集合運算的結(jié)果,這是突破本節(jié)教學難點的有效方法.
第2課時
導(dǎo)入新課
問題:①分別在整數(shù)范圍和實數(shù)范圍內(nèi)解方程(x-3)(x-3)=0,其結(jié)果會相同嗎?
②若集合A={x|0
學生回答后,教師指明:在不同的范圍內(nèi)集合中的元素會有所不同,這個“范 圍”問題就是本節(jié)學習的內(nèi)容,引出課題.
推進新課
新知探究
提出問題
①用列舉法表示下列集合:
A={x∈Z|(x-2) =0};
B={x∈Q|(x-2) =0};
C={x∈R|(x-2) =0}.
②問題①中三個集合相等嗎?為什么?
③由此看,解方程時要注意什么?
④問題①中,集合Z,Q,R分別含有所解方程時所涉及的全部元素,這樣的集合稱為全集,請給出全集的定義.
⑤已知全集U={1,2,3},A={1},寫出全集中不屬于集合A的所有元素組成的集合B.
⑥請給出補集的定義.
⑦用Venn圖表示?UA.
活動:組織學生充分討論、交流,使學生明確集合中的元素,提示學生注意集合中元素的范圍.
討論結(jié)果:①A={2},B=2,-13,C=2,-13,2.
②不相等,因為三個集合中的元素不相同.
③解方程時,要注意方程的根在什么范圍內(nèi),同一個方程,在不同的范圍其解會有所不同.
④一般地,如果一個集合含有我們所研究問題中涉及的所有元素,那么就稱這個集合為全集,通常記為U.
⑤B={2,3}.
⑥對于一個集合A,全集U中不屬于集合A的所有元素組成的集合稱為集合A相對于全集U的補集.
集合A相對于全集U的補集記為?UA,即?UA={x|x∈U,且x A}.
⑦如圖6所示,陰影表示補集.
圖6
應(yīng)用示例
思路1
例1 設(shè)U={x|x是小于9的正整數(shù)},A={1,2,3},B={3,4,5,6},求?UA,?UB.
活動:讓學生明確全集U中的元素,回顧補集的定義,用列舉法表示全集U,依據(jù)補集的定義寫出?UA,?UB.
解:根據(jù)題意,可知U={1,2,3,4,5,6,7,8},
所以?UA={4,5,6,7,8},?UB={1,2,7,8}.
點評:本題主要考查補集的概念和求法.用列舉法表示的集合,依據(jù)補集的含義,直接觀察寫出集合運算的結(jié)果.
常見結(jié)論:?U(A∩B)=(?UA)∪(?UB);?U(A∪B)=(?UA)∩(?UB).
變式訓(xùn)練
1.已知集合U={1,2,3,4,5,6,7},A={2,4,5,7},B={3,4,5},則(?UA)∩(?UB)等于(
)
A.{1,6}
B.{4,5}
C.{2,3,4,5,7} D.{1,2,3,6,7}
解析:思路一:觀察得(?UA)∩(?UB)={1,3,6}∩{1,2,6,7}={1,6}.思路二:A∪B={2,3,4,5,7},則(?UA)∩(?UB)=?U(A∪B)={1,6}.
答案:A
2.設(shè)集合U={1,2,3,4,5},A={1,2,4},B={2},則A∩(?UB)等于(
)
A.{1,2,3,4,5} B.{1,4}
C.{1,2,4} D.{3,5}
答案:B
3.設(shè)全集U={1,2,3,4,5,6,7},P={1,2,3,4,5},Q={3,4,5,6,7},則P∩(?UQ)等于(
)
A.{1,2} B.{3,4,5}
C.{1,2,6,7} D.{1,2,3,4,5}
答案:A
例2 設(shè)全集U={x|x是三角形},A={x |x是銳角三角形},B={x|x是鈍角三角形}.求A∩B,?U(A∪B).
活動:學生思考三角形的分類和集合的交集、并集和補集的含義.結(jié)合交集、并集和補集的含義寫出結(jié)果.A∩B是由集合A, B中公共元素組成的集合,?U(A∪B)是全集中除去集合A∪B中剩下的元素組成的集合.
解:根據(jù)三角形的分類可知A∩B= ,
A∪B={x|x是銳角三角形或鈍角三角形},
?U(A∪B)={x|x是直角三角形}.
變式訓(xùn)練
1.已知集合A={x|3≤x<8},求?RA.
解:?RA={x|x<3,或x≥8}.
2.設(shè)S={x|x是至少有一組對邊平行的四邊形},A={x|x是平行四邊形},B={x|x是菱形},C={x|x是矩形},求B∩C,?AB,?SA.
解:B∩C={x|x是正方形},?AB={x|x是鄰邊不相等的.平行四邊形},?SA={x|x是梯形}.
3.已知全集I=R,集合A={x|x2+ax+12b=0},B={x|x2-ax+b=0},滿足(?IA) ∩B={2},(?IB)∩A={4},求實數(shù)a,b的值.
解:a=87,b=-127.
4.設(shè)全集U=R,A={x|x≤2+3},B={3,4,5,6},則(?UA)∩B等于(
)
A.{4}
B.{4,5,6}
C.{2,3,4}
D.{1,2,3,4}
解析:∵U=R,A={x|x≤2+3},∴?UA={x|x>2+3}.而4,5,6都大于2+3,∴(?UA)∩B={4,5,6}.
答案:B
思路2
例1 已知全集U=R,A={x|-2≤x≤4},B={x|-3≤x≤3},求:
(1)?UA,?UB;
(2)(?UA)∪(?UB),?U(A∩B),由此你發(fā)現(xiàn)了什么結(jié)論?
(3)(?UA)∩(?UB),?U(A∪B),由此你發(fā)現(xiàn)了什么結(jié)論?
活動:學生回想補集的含義,教師指導(dǎo)學生利用數(shù)軸來解決.依據(jù)補集的含義,借助于數(shù)軸求得.
解:在數(shù)軸上表示集合A,B,如圖7所示,
圖7
(1)由圖得?UA={x|x<-2,或x>4},?UB={x|x<-3,或x>3}.
(2)由圖得(?UA)∪(?UB)={x|x<-2,或x>4}∪{x|x<-3,或x>3}={x|x<-2,或x>3};∵A∩B={x|-2≤x≤4}∩{x|-3≤x≤3}={x|-2≤x≤3},
∴?U(A∩B)=?U{x|-2≤x≤3}={x|x<-2,或x>3}.
∴得出結(jié)論?U(A∩B)=(?UA)∪(?U B).
(3)由圖得(?UA)∩(?UB)={x|x<-2,或x>4}∩{x|x<-3,或x>3}={x|x<-3,或x>4};∵A∪B={x|-2≤x≤4}∪{x|-3≤x≤3}={x|-3≤x≤4},∴?U(A∪B)=?U{x|-3≤x≤4}={x|x<-3,或x>4}.∴得出結(jié)論?U(A∪B)=(?UA)∩(?UB).
變式訓(xùn)練
1.已知集合 U={1,2,3,4,5,6,7},A={2,4,5,7},B={3,4,5},則(?UA)∪(?UB)等于(
)
A.{1,6}
B.{4,5}
C.{1,2,3,4,5,7} D.{1,2,3,6,7}
答案:D
2.設(shè)集合I={x||x|<3,x∈Z},A={1,2},B={-2,-1,2},則A∪(?IB)等于(
)
A.{1}
B.{1,2} C.{2}
D.{0,1,2}
答案:D
例2 設(shè)全集U={x|x≤20,x∈N,x是質(zhì)數(shù)} ,A∩(?UB)={3,5},(?UA)∩B={7,19},(?UA)∩(?UB)={2,17},求集合A,B.
活動:學生回顧集合的運算的含義,明確全集中的元素.利用列舉法表示全集U,根據(jù)題中所給的條件,把集合中的元素填入相應(yīng)的Venn圖中即可.求集合A,B的關(guān)鍵是確定它們的元素,由于全集是U,則集合A,B中的元素均屬于全集U,由于本題中的集合均是有限集并且元素的個數(shù)不多,可借助于Venn圖來 解決.
解:U={2,3,5,7,11,13,17,19},
由題意借助于Venn圖,如圖8所示,
圖8
∴A={3,5,11,13},B={7,11,13,19}.
點評:本題主要考查集合的運算、Venn圖以及推理能力.借助于Venn圖分析集合的運算問題,使問題簡捷地獲得解決,將本來抽象的集合問題直觀形象地表示出來,這正體現(xiàn)了數(shù)形結(jié)合思想的優(yōu)越性.
變式訓(xùn)練
1.設(shè)I為全集,M,N,P都是它的子集,則圖9中陰影部分表示的集合是(
)
圖9
A.M∩[(?IN)∩P]
B.M∩(N∪P)
C.[(?IM)∩(?IN)]∩P
D.M∩N∪(N∩P)
解析:思路一:陰影部分在集合M內(nèi)部,排除C;陰影部分不在集合N內(nèi),排除B,D.
思路二:陰影部分在集合M內(nèi)部,即是M的子集,又陰影部分在P內(nèi)不在集合N內(nèi),即在(?IN)∩P內(nèi),所以陰影部分表示的集合是M∩[(?IN)∩P].
答案:A
2.設(shè)U={1,2,3,4,5,6,7,8,9},(?UA)∩B={3,7},(?UB)∩A={2,8},(?UA)∩(?UB)={1,5,6},則集合A=________,B=________.
解析:借助Venn圖,如圖10,把相關(guān)運算的結(jié)果表示出來,自然地就得出集合A,B了.
圖10
答案:{2,4,8,9} {3,4,7,9}
知能訓(xùn)練
課本本節(jié)練習4.
【補充練習】
1.設(shè)全集U=R,A={x|2x+1>0},試用文字語言表述?UA的意義.
解:A={x|2x+1>0},即不等式2x+1>0的解集,?UA中元素均不能使2x+1>0成立,即?UA中元素應(yīng)當滿足2x+1≤0.∴?UA即不等式2x+1≤0的解集.
2.如圖11所示,U是全集,M,P,S是U的三個子集,則陰影部分表示的集合是________.
圖11
解析:觀察圖可以看出,陰影部分滿足兩個條件:一是不在集合S內(nèi);二是在集合M,P的公共部分內(nèi),因此陰影部分表示的集合是集合S的補集與集合M,P的交集的交集,即(?US)∩(M∩P).
答案:(?US)∩(M∩P)
3.設(shè)集合A,B都是U={1,2,3,4}的子集,已知(?UA)∩(?UB)={2},(?UA)∩B={1},則A等于(
)
A.{1,2}
B.{2,3}
C.{3,4}
D.{1,4}
解析:如圖12所示.
圖12
由于(?UA)∩(?UB)={2},(?UA)∩B={1},則有?UA={1,2}.∴A={3,4}.
答案:C
4.設(shè)全集U={1,2,3,4,5,6,7,8},集合S={1,3,5},T={3,6},則?U(S∪T)等于(
)
A. B.{2,4,7,8} C.{1,3,5,6} D.{2,4,6,8}
解析:直接觀察(或畫出Venn圖),得S∪T={1,3,5,6},則?U(S∪T)={2,4,7,8}.
答案:B
5.已知集合I={1,2,3,4},A={1},B={2,4},則A∪(?IB)等于(
)
A.{1} B.{1,3} C.{3} D.{1,2,3}
解析:∵?IB={1,3},∴A∪(?IB)={1}∪{1,3}={1,3}.
答案:B
拓展提升
問題:某班有學生50人,解甲、乙兩道數(shù)學題,已知解對甲題者有 34人,解對乙題者有28人,兩題均解對者有20人,問:
(1)至少解對其中一題者有多少人?
(2)兩題均未解對者有多少人?
分析:先利用集合表示解對甲、乙兩道數(shù)學題的各種類型,然后根據(jù)題意寫出它們的運算,問題便得到解決.
解:設(shè)全集為U,A={只解對甲題的學生},B={只解對乙題的學生},C={甲、乙兩題都解對的學生},則A∪C={解對甲題的學生},B∪C={解對乙題的學生},
A∪B∪C={至少解對一題的學生},?U(A∪B∪C)={兩題均未解對的學生}.
由已知,A∪C有34個人,C有20個人,
從而知A有14個人;B∪C有28個人,C有20個人,所以B有8個人.因此A∪B∪C有N1=14+8+20=42(人),?U(A∪B∪C)有N2=50-42=8(人).
∴至少解對其中一題者有42個人,兩題均未解對者有8個人.
課堂小結(jié)
本節(jié)課學習了:
①全集和補集的概念和求法.
②常借助于數(shù)軸或Venn圖進行集合的補集運算.
作業(yè)
課本習題1.1A組 9,10,B組 4
設(shè)計感想
本節(jié)教學設(shè)計注重滲透數(shù)形結(jié)合的思想方法,因此在教學過程中要重點指導(dǎo)學生借助于數(shù)軸或Venn圖進行集合的補集運算.由于高考中集合常與以后學習的不等式等知識緊密結(jié)合,本節(jié)對此也予以體現(xiàn),可以利用課余時間學習有關(guān)解不等式的知識.
備課資料
【備選例題】
【例1】已知A={y|y=x2-4x+6,x∈R,y∈N},B={y|y=-x2-2x+7,x∈R,y∈N},求A∩B,并分別用描述法、列舉法表示它.
解:y=x2-4x+6=(x-2)2+2≥2,A={y|y≥2,y∈N},
又∵y=-x2-2x+7=-(x+1)2+8≤8,∴B={y|y≤8,y∈N}.
故A∩B={y|2≤y≤8}={2,3,4,5,6,7,8}.
【例2】設(shè)S={(x,y)|xy>0},T={(x,y)|x>0,且y>0},則(
)
A.S∪T=S
B.S∪T=T C.S∩T=S
D.S∩T=
解析:S={(x,y)|xy>0}={(x,y)|x>0且y>0,或x<0且y<0},則T⊆S,所以S∪T=S.
答案:A
【例3】某城鎮(zhèn)有1 000戶居民,其中有819戶有彩電,有682戶有空調(diào),有535戶彩電和空調(diào)都有,則彩電和空調(diào)至少有一種的有________戶.
解析:設(shè)這1 000戶居民組成集合U,其中有彩電的組成集合A,有空調(diào)的組成集合B,如圖13所示.有彩電無空調(diào)的有819-535=284(戶);有空調(diào)無彩電的有682-535=147(戶),因此二者至少有一種的有284+147+535=966(戶).填966.
圖13
答案:966
【知識拓展】
差集與補集
有兩個集合A,B,如果集合C是由所有屬于A但不屬于B的元素組成的集合,那么C就叫做A與B的差集,記作A-B(或AB).
例如,A={a,b,c,d},B={c,d,e,f},C=A-B={a,b}.
也可以用Venn圖表示,如圖14所示(陰影部分表示差集).
圖14
圖15
特殊情況,如果集合B是集合I的子集,我們把I看作全集,那么I與B的差集I -B,叫做B在I中的補集,記作B.
例如,I={1,2,3,4,5},B={1,2,3},B=I-B={4,5}.
也可以用Venn圖表示,如圖15所示(陰影部分表示補集).
從集合的觀點來看,非負整數(shù)的減法運算,就是已知兩個不相交集合的并集的基數(shù),以及其中一個集合的基數(shù),求另一個集合的基數(shù),也可以看作是求集合I與它的子集B的差集的基數(shù).
教學分析
課本從學生熟悉的集合出發(fā),結(jié)合實例,通過類比實數(shù)加法運算引入集合間的運算,同時,結(jié)合相關(guān)內(nèi)容介紹子集和全集等概念.在安排這部分內(nèi)容時,課本繼續(xù)注重體現(xiàn)邏輯思考的方法,如類比等.
值得注意的問題:在全集和補集的教學中,應(yīng)注意利用圖形的直觀作用,幫助學生理解補集的概念,并能夠用直觀圖進行求補集的運算.
三維目標
1.理解兩個集合的并集與交集、全集的含義,掌握求兩個簡單集合的交集與并集的方法,會求給定子集的補集,感受集合作為一種語言,在表示數(shù)學內(nèi)容時的簡潔和準確,進一步提高類比的能力.
2.通過觀察和類比,借助Venn圖理解集合的基本運算.體會直觀圖示對理解抽象概念的作用,培養(yǎng)數(shù)形結(jié)合的思想.
重點難點
教學重點:交集與并集、全集與補集的概念.
教學難點:理解交集與并集的概念,以及符號之間的區(qū)別與聯(lián)系.
課時安排
2課時
教學過程
第1課時
導(dǎo)入新課
思路1.我們知道,實數(shù)有加法運算,兩個實數(shù)可以相加,例如5+3=8.類比實數(shù)的加法運算,集合是否也可以“相加”呢?教師直接點出課題.
思路2.請同學們考察下列各個集合,你能說出集合C與集合A,B之間的關(guān)系嗎?
(1)A={1,3,5},B={2,4,6},C={1,2,3,4,5,6};
(2)A={x|x是有理數(shù)},B={x|x是無理數(shù)},C={x|x是實數(shù)}.
引導(dǎo)學生通過觀察、類比、思考和交流,得出結(jié)論.教師強調(diào)集合也有運算,這就是我們本節(jié)課所要學習的內(nèi)容.
思路3.(1)①如圖1甲和乙所示,觀察兩個圖的陰影部分,它們分別同集合A、集合B有什么關(guān)系?
圖1
②觀察集合A,B與集合C={1,2,3,4}之間的關(guān)系.
學生思考交流并回答,教師直接指出這就是本節(jié)課學習的課題:集合的基本運算.
(2)①已知集合A={1,2,3},B={2,3,4},寫出由集合A,B中的所有元素組成的集合C.
②已知集合A={x|x>1},B={x|x<0},在數(shù)軸上表示出集合A與B,并寫出由集合A與B中的所有元素組成的集合C.
推進新課
新知探究
提出問題
(1)通過上述問題中集合A,B與集合C之間的關(guān)系,類比實數(shù)的加法運算,你發(fā)現(xiàn)了什么?
(2)用文字語言來敘述上述問題中,集合A,B與集合C之間的關(guān)系.
(3)用數(shù)學符號來敘述上述問題中,集合A,B與集合C之間的關(guān)系.
(4)試用Venn圖表示A∪B=C.
(5)請給出集合的并集定義.
(6)求集合的并集是集合間的一種運算,那么,集合間還有其他運算嗎?
請同學們考察下面的問題,集合A,B與集合C之間有什么關(guān)系?
①A={2,4,6,8,10},B={3,5,8,12},C={8};
②A={x|x是國興中學2012年9月入學的高一年級女同學},B={x|x是國興中學2012年9月入學的高一年級男同學},C={x|x是國興中學2012年9月入學的高一年級同學}.
(7)類比集合的并集,請給出集合的交集定義,并分別用三種不同的語言形式來表達.
活動:先讓學生思考或討論問題,然后再回答,經(jīng)教師提示、點撥,并對回答正確的學生及時表揚,對回答不準確的學生提示引導(dǎo)考慮問題的思路,主要引導(dǎo)學生發(fā)現(xiàn)集合的并集和交集運算并能用數(shù)學符號來刻畫,用Venn圖來表示.
討論結(jié)果:(1)集合之間也可以相加,也可以進行運算,但是為了不和實數(shù)的運算相混淆,規(guī)定這種運算不叫集合的加法,而是叫做求集合的并集.集合C叫集合A與B的并集.記為A∪B=C,讀作A并B.
(2)所有屬于集合A或?qū)儆诩螧的元素組成了集合C.
(3)C={x|x∈A,或x∈B}.
(4)如圖1所示.
(5)一般地,由所有屬于集合A或?qū)儆诩螧的元素所組成的集合,稱為集合A與B的并集.其含義用符號表示為A∪B={x|x∈A,或x∈B},用Venn圖表示,如圖1所示.
(6)集合之間還可以求它們的公共元素組成的集合,這種運算叫求集合的交集,記作A∩B,讀作A交B.①A∩B=C,②A∪B=C.
(7)一般地,由屬于集合A且屬于集合B的所有元素組成的集合,稱為A與B的交集.
其含義用符號表示為:
A∩B={x|x∈A,且x∈B}.
用Venn圖表示,如圖2所示.
圖2
應(yīng)用示例
例1 集合A={x|x<5},B={x|x>0},C={x|x≥10},則A∩B,B∪C,A∩B∩C分別是什么?
活動:學生先思考集合中元素的特征,明確集合中的元素.將集合中元素利用數(shù)形結(jié)合在數(shù)軸上找到,那么運算結(jié)果尋求就易進行.這三個集合都是用描述法表示的數(shù)集,求集合的并集和交集的關(guān)鍵是找出它們的公共元素和所有元素.
解:因為A={x|x<5},B={x|x>0},C={x|x≥10},在數(shù)軸上表示,如圖3所示,所以A∩B={x|00},A∩B∩C= .
圖3
點評:本題主要考查集合的交集和并集.求集合的并集和交集時,①明確集合中的元素;②依據(jù)并集和交集的含義,直接觀察或借助于數(shù)軸或Venn圖寫出結(jié)果.
變式訓(xùn)練
1.設(shè)集合A={x|x=2n,n∈N*},B={x|x=2n,n∈N},求A∩B,A∪B.
解:對任意m∈A,則有m=2n=2•2n-1,n∈N*,因n∈N*,故n-1∈N,有2n-1∈N,那么m∈B,即對任意m∈A有m∈B,所以A⊆B.
而10∈B但10 A,即A B,那么A∩B=A,A∪B=B.
2.求滿足{1,2}∪B={1,2,3}的集合B的個數(shù).
解:滿足{1,2}∪B={1,2,3}的集合B一定含有元素3,B={3};還可含1或2其中一個,有{1,3},{2,3};還可含1和2,即{1,2,3},那么共有4個滿足條件的集合B.
3.設(shè)集合A={-4,2,a-1,a2},B={9,a-5,1-a},已知A∩B={9},求a.
解:∵A∩B={9},則9∈A,a-1=9或a2=9.
∴a=10或a=±3.
當a=10時,a-5=5 ,1-a=-9;
當a=3時,a-1=2不合題意;
當a=-3時,a-1=-4不合題意.
故a=10.此時A={-4,2,9,100},B={9,5,-9},滿足A∩B={9}.
4.設(shè)集合A={x|2x+1<3},B={x|-3
A.{x|-3
C.{x|x>-3} D.{x|x<1}
解析:集合A={x|2x+1<3}={x|x<1},
觀察或由數(shù)軸得A∩B={x|-3
答案:A
例2 設(shè)集合A={x|x2+4x=0},B={x|x2+2(a+1)x+a2-1=0,a∈R},若A∩B=B,求a的值.
活動:明確集合A,B中的元素,教師和學生共同探討滿足A∩B=B的集合A,B的關(guān)系.集 合A是方程x2+4x=0的解組成的集合,可以發(fā)現(xiàn),B⊆A,通過分類討論集合B是否為空集來求a的值.利用集合的表示 法來認識集合A,B均是方程的解集,通過畫Venn圖發(fā)現(xiàn)集合A,B的關(guān)系,從數(shù)軸上分析求得a的值.
解:由題意得A={-4,0}.
∵A∩B=B,∴B⊆A.
∴B= 或B≠ .
當B= 時,即關(guān)于x的方程x2+2(a+1)x+a2-1=0無實數(shù)解,
則Δ=4(a+1)2-4(a2-1)<0,解得a<-1.
當B≠ 時,若集合B僅含有一個元素,則Δ=4(a+1)2-4(a2-1)=0,解得a=-1,
此時,B={x|x2=0}={0}⊆A,即a=-1符合題意.
若集合B含有兩個元素,則這兩個元素是-4,0,
即關(guān)于x的方程x2+2(a+1)x+a2-1=0的解是-4,0.
則有-4+0=-2(a+1),-4×0=a2-1.
解得a=1,則a=1符合題意.
綜上所得,a=1或a≤-1.
變式訓(xùn)練
1.已知非空集合A={x|2a+1≤x≤3a-5},B={x|3≤x≤22},則能使A⊆(A∩B)成立的所有a值的集合是什么?
解:由題意知A⊆(A∩B),即A⊆B,A非空,利用數(shù)軸得 解得6≤a≤9,即所有a值的集合是{a|6≤a≤9}.
2.已知集合A={x|-2≤x≤5},集合B={x|m+1≤x≤2m -1},且A∪B=A,試求實數(shù)m的取值范圍.
分析:由A∪B=A得B⊆A,則有B= 或B≠ ,因此對集合B分類討論.
解:∵A∪B=A,∴B⊆A.
又∵A={x|-2≤x≤5}≠ ,∴B= ,或B≠ .
當B= 時,有m+1>2m-1,∴m<2.
當B≠ 時,觀察圖4:
圖4
由數(shù)軸可得 解得2≤m≤3.
綜上所述,實數(shù)m的取值范圍是m<2或2≤m≤3,即m≤3.
點評:本題主要考查集合的運算、分類討論的思想,以及集合間關(guān)系的應(yīng)用.已知兩個集合的運算結(jié)果,求集合中參數(shù)的值時,由集合的運算結(jié)果確定它們的關(guān)系,通過深刻理解集合表示法的轉(zhuǎn)換,把相關(guān)問題化歸為其他常見的方程、不等式等數(shù)學問題.這稱為數(shù)學的化歸思想,是數(shù)學中的常用方法,學會應(yīng)用化歸和分類討論的數(shù)學思想方法解決有關(guān)問題.
知能訓(xùn)練
課本本節(jié)練習1,2,3.
【補充練習】
1.設(shè)集合A={3,5,6,8},B={4,5,7,8},
(1)求A∩B,A∪B.
(2)用適當?shù)姆?⊇,⊆)填空:
A∩B________A,B________A∩B,A∪B________A,A∪B________B,A∩B________A∪B.
解:(1)因A,B的公共元素為5,8,故兩集合的公共部分為5,8,
則A∩B={3,5,6,8}∩{4,5,7,8}={5,8}.
又A,B兩集合的所有相異元素為3,4,5,6,7,8,故A∪B={3,4,5,6,7,8}.
(2)由Venn圖可知
A∩B⊆A,B⊇A∩B,A∪B⊇A,A∪B⊇B,A∩B⊆A∪B.
2.設(shè)A={x|x<5},B={x|x≥0},求A∩B.
解:因x<5及x≥0的公共部分為0≤x<5,
故A∩B={x|x<5}∩{x|x≥0}={x|0≤x<5}.
3.設(shè)A={x|x是銳角三角形},B={x|x是直角三角形},求A∩B.
解:因三角形按角分類時,銳角三角形和直角三角形彼此孤立,故A,B兩集合沒有公共部分.
所以A∩B={x|x是銳角三角形}∩{x|x是鈍角三角形}= .
4.設(shè)A={x|x>-2},B={x|x≥3},求A∪B.
解:在數(shù)軸上將A,B分別表示出來,得A∪B={x|x>-2}.
5.設(shè)A={x|x是平行四邊形},B={x|x是矩形},求A∪B.
解:因矩形是平行四邊形,故由A及B的元素組成的集合為A∪B,A∪B={x|x是平行四邊形}.
6.已知M={1},N={1,2},設(shè)A={(x,y)|x∈M,y∈N},B={(x,y)|x∈N,y∈M},求A∩B,A∪B.
分析:M,N中的元素是數(shù),A,B中的元素是平面內(nèi)的點集,關(guān)鍵是找其元素.
解:∵M={1},N={1,2},∴A={(1,1),(1,2)},B={(1,1),(2,1)},故A∩B={(1,1)},A∪B={(1,1),(1,2),(2,1)}.
7.若A,B,C為三個集合,A∪B=B∩C,則一定有(
)
A.A⊆C B.C⊆A C.A≠C D.A=
解析:思路一:∵(B∩C)⊆B,(B∩C)⊆C,A∪B=B∩C,
∴A∪B⊆B,A∪B⊆C.∴A⊆B⊆C.∴A⊆C.
思路二:取滿足條件的A={1},B={1,2},C={1,2,3},排除B,D,
令A(yù)={1,2},B={1,2},C={1,2},則此時也滿足條件A∪B=B∩C,
一、教學目標
(一)知識目標:理解兩個集合的并集與交集、全集的含義,掌握求兩個簡單集合的交集與并集的方法,會求給定子集的補集。感受集合作為一種語言,在表示數(shù)學內(nèi)容時的簡潔和準確,進一步提高類比的能力。
(二)能力目標:通過對并集、交集定義的學習,培養(yǎng)學生觀察、比較、分析、概括的能力,使學生認識由具體到抽象的思維過程。
(三)情感目標:積極引導(dǎo)學生主動參與學習的過程,培養(yǎng)自主探究與合作交流的意識。
二、重、難點
教學重點:交集與并集,全集與補集的概念.
教學難點:理解交集與并集的概念,以及符號之間的區(qū)別與聯(lián)系
三、教學環(huán)境:利用多媒體,課件與傳統(tǒng)黑板板書結(jié)合
四、教學過程
(一)創(chuàng)設(shè)情景,引入新課
問題1:我們知道,實數(shù)有加法運算,兩個實數(shù)可以相加,例如5+3=8.類比實數(shù)的加法運算,集合是否也可以“相加”呢?
(二)探究新知
觀察集合A,B,C元素間的關(guān)系:
(1)A={1,3,5}B={2,4,6}C={1,2,3,4,5,6}
(2)A={x|x是有理數(shù)}B={x|x是無理數(shù)}C={x|x是實數(shù)}
你能說出集合C與集合A、B之間的關(guān)系嗎?
【設(shè)計意圖】這樣提問目標比較明確,學生很容易找到重點,理解并集的概念,并總結(jié)并集的定義.
(三)并集的定義
一般地,由所有屬于集合A或?qū)儆诩螧的元素組成的集合,稱為集合A與B的并集,記作:A∪B讀作:A并B即:A∪B={x|x∈A,或x∈B}
思考:怎樣理解并集概念中的“或”字?對于A∪B,能否認為是由A的所有元素和B的所有元素所組成的集合?
【設(shè)計意圖】加深對并集的理解
(四)例題講解
例1:A={4,5,6,8},B={3,5,7,8},求A∪B
注:求兩個集合的并集時,它們的公共元素在并集中只能出現(xiàn)一次
例2:設(shè)集合A={x|-1
【設(shè)計意圖】通過兩個例題鞏固和消化并集的概念.
(五)探究新知
問題3:觀察集合A,B,C元素間的關(guān)系:
A={4,5,6,8},B={3,5,7,8},C={5,8}
【師生互動】教師提問,引導(dǎo)學生討論找出它們之間的關(guān)系
【設(shè)計意圖】這樣提問目標比較明確,學生很容易找到重點,理解交集的概念,并總結(jié)交集的定義.
(六)交集的定義
一般地,由屬于集合A且屬于集合B的所有元素組成的集合,稱為集合A與B的交集,記作:A∩B讀作:A交B即:A∩B={x|x∈A,且x∈B}
思考:能否認為A與B沒有公共元素時,A與B就沒有交集?
答:不能.當A與B無公共元素時,A與B的交集仍存在,此時A∩B=?.
【設(shè)計意圖】加深對交集的理解
(七)例題講解
例3設(shè)A={x|-31.5},求:A∩B,A∪B.
練習:設(shè)A={x|0
【師生互動】一講一練,學生容易消化并集與交集的概念.
【設(shè)計意圖】鞏固掌握并集與交集的概念
(八)全集與補集的定義
(1)全集的定義:一般如果一個集合含有我們所研究問題中所涉及的所有元素,那么就稱這個集合為全集,通常記作U.
(2)補集的定義:對于一個集合A,由全集U中不屬于A的所有元素組成的集合稱作集
A相對于全集U的補集,記作?UA
(3)集合表示:?UA={x|x∈U,且x?A}.
(4)Venn圖表示:
(九)例題講解
例4:已知全集U,集合A={1,3,5,7},?UA={2,4,6},?UB={1,4,6},求集合B.
點評:根據(jù)補集定義,借助Venn圖,可直觀地求出補集,此類問題,當集合中元素個數(shù)較少時,可借助Venn圖;當集合中元素無限多時,可借助數(shù)軸,利用數(shù)軸分析法求解.
練習:已知全集U=R,A={x|x<2},則?UA等于____________
【師生互動】一講一練,學生容易消化全集與補集的概念.
【設(shè)計意圖】鞏固掌握全集與補集的概念
(十)課堂總結(jié)
(1)補集與全集是兩個密不可分的概念,同一個集合在不同的全集中補集是不同的,不同的集合在同一個全集中的補集也不同.另外全集是一個相對概念
(2)符號?UA存在的前提是A?U,這也是解有關(guān)補集問題的一個隱含條件,充分利用題目中的隱含條件是我們解題的一個突破口.
(十一)作業(yè)
課本13-14頁6,7,9,10
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