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例題精講 · 第 00358 題 · 自編區間兩題·空集也是任何集合的子集

集合題的坑常在兩個地方:<strong>端點開閉</strong>(−1 屬不屬於 A,直接決定充分還是不必要),以及<strong>含參集合為空</strong>時 C ⊆ A 自動成立。本文用一組自編區間配兩道題,練「先解不等式定集合、再畫數軸判包含、最後分空集與非空討論」的操作順序;含量詞否定與四類條件關係表。區間、參數與命題均為原創自編示意數據。

00358題號全 1000 篇 · 第 第60輪 / 第60冊 輪
方向數學·導數與解三角形六向之一
題型自編仿真題逐題精講 · 采分點拆解

題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。

例題精講 · 數學導數與解三角形

一、考點定位與做題順序

集合題先解不等式、畫數軸,端點開閉逐個標清楚。判充分必要只有一句:p ⇒ q 則 p 是 q 的充分條件、q 是 p 的必要條件;方向別反。量詞否定記一對:∀ 的否定是 ∃,> 的否定是 ≤(改量詞、改結論,不改條件)。

含參子集最容易漏一條:空集是任何集合的子集。所以 C ⊆ A 要先分 C = ∅ 與 C ≠ ∅ 兩類再解。下面區間與參數為自編示意數據。

二、逐題精講

題1

題1 集合運算、充分必要與量詞否定

自編集合:全集 R,A = {x | −1 < x ≤ 3},B = {x | x² − 2x − 3 ≤ 0}。

(1) 解出 B,求 A∩B、A∪B 與 ∁RA。(2) 設 p: x∈A,q: x∈B,判斷 p 是 q 的什麼條件,並給出反例說明另一方向不成立。(3) 寫出命題「∀x∈R,x² + 2x + 3 > 0」的否定並判真假。

解析

(1) 解 B:x² − 2x − 3 = (x−3)(x+1) ≤ 0 ⇒ B = [−1, 3](兩端都取等,閉區間)。
A = (−1, 3](左開右閉)。故 A ⊂ B(真包含,差別只在 x = −1 這一點)。
A∩B = (−1, 3] = A;A∪B = [−1, 3] = B。
∁RA = (−∞, −1] ∪ (3, +∞)(注意 −1 屬於補集,因為 A 在 −1 處是開的;3 不屬於補集)。

(2) 條件關係:因 A ⊂ B,x∈A ⇒ x∈B 恆成立,故 p 是 q 的充分條件。反向不成立:取 x = −1,x∈B(B 含 −1)但 x∉A(A 左開),故 q ⇏ p,p 不是 q 的必要條件。
結論:p 是 q 的充分不必要條件。
端點回驗:這個「不必要」完全由左端點 −1 的開閉決定;若把 A 改成 [−1, 3],則 A = B,p 就變成充要條件。可見充分必要題先標端點,不要憑集合「看起來差不多」下結論。

(3) 量詞否定:原命題 P:「∀x∈R,x² + 2x + 3 > 0」。
否定 ¬P:「∃x∈R,x² + 2x + 3 ≤ 0」——改量詞(∀→∃)、改結論(>→≤),條件 x∈R 不動。
判真假:x² + 2x + 3 = (x+1)² + 2 ≥ 2 > 0 對一切 x 成立(判別式 Δ = 4 − 12 = −8 < 0 且開口向上,亦可作獨立驗法),故 P 真、¬P 假。
常見錯:把否定寫成「∀x∈R,x²+2x+3 ≤ 0」(只改結論沒改量詞),或寫成「∃x∈R,… > 0」(只改量詞沒改結論),或把條件改成 x∉R。

答案 (1) B=[−1,3];A∩B=(−1,3]=A,A∪B=[−1,3]=B,∁_R A=(−∞,−1]∪(3,+∞)。(2) p 是 q 的充分不必要條件,反例 x=−1∈B 但 ∉A;若 A 左端改閉則變充要。(3) 否定為「∃x∈R,x²+2x+3≤0」;(x+1)²+2≥2>0 故原命題真、否定假。

採分點 因式分解得 B=[−1,3] 1 分;A∩B 1 分;A∪B 1 分;補集含 −1 不含 3 1 分;判 p⇒q 1 分;給出反例 x=−1 1 分;判充分不必要 1 分;量詞否定寫對並判真假 1 分。

易錯點 把 B 解成 (−1,3) 漏端點;把補集寫成 (−∞,−1)∪(3,+∞) 漏掉 −1;把「p 是 q 的充分」說成「q 是 p 的充分」;量詞否定只改一半;把否定命題的條件也改掉。

題2

題2 含參子集與空集討論

自編條件:C = {x | m − 1 ≤ x ≤ 2m + 1},A 仍為 (−1, 3]。求使 C ⊆ A 成立的 m 的取值範圍。

(1) 先寫出 C 為非空的條件,再在該情形下解 m。(2) 單獨討論 C = ∅ 的情形,給出完整答案。(3) 用 m = 1 與 m = 0 兩個值回驗端點開閉,並說明為什麼「m > 0」是嚴格不等號。

解析

(1) 非空條件與不等式:C 非空 ⇔ m − 1 ≤ 2m + 1 ⇔ m ≥ −2。
在 C ≠ ∅ 時,C = [m−1, 2m+1] 要包含於 A = (−1, 3],需兩端同時滿足:
左端:m − 1 > −1(A 左開,C 左端是閉的,若相等則 m−1 = −1 ∈ C 卻 ∉ A)⇒ m > 0;
右端:2m + 1 ≤ 3 ⇒ m ≤ 1;
再與非空條件 m ≥ −2 取交,得 0 < m ≤ 1。

(2) 空集情形:當 m < −2 時,m − 1 > 2m + 1,區間左端大於右端,C = ∅。而空集是任何集合的子集,故 C ⊆ A 自動成立。
完整答案:m < −2 或 0 < m ≤ 1,即 (−∞, −2) ∪ (0, 1]。
漏掉第一段是這類題最高頻的失分點:只解「兩端夾進 A」會得 0 < m ≤ 1,看似整齊,其實丟了整個空集分支。

(3) 兩個值回驗:
m = 1:C = [0, 3],左端 0 > −1、右端 3 ≤ 3(右端可取等,因 A 右側閉合),C ⊆ A ✓,落在解集內。
m = 0:C = [−1, 1],左端 −1 ∉ A(A 左開),故 C ⊄ A ✗,不落在解集內。
為什麼是嚴格 >:C 的端點由「≤」給出,是閉端點、會被取到;A 的左端 −1 不取。若允許 m − 1 = −1(即 m = 0),點 −1 就同時屬於 C 而不屬於 A,包含關係立刻破壞。所以左端必須是 m − 1 > −1 而非 ≥。對照右端:A 的 3 是取的,故右端允許 2m+1 ≤ 3 帶等號——開閉決定嚴格與否,兩端要分別判。

一般紀律:含參子集三步——① 判空(左端 ≤ 右端?)→ ② 非空時兩端分別按開閉列不等式 → ③ 兩段答案取並集;最後代兩個邊界值回驗。

答案 (1) 非空需 m≥−2,此時 m−1>−1 且 2m+1≤3 得 0<m≤1。(2) m<−2 時 C=∅,空集是任何集合子集,亦成立;完整答案 m<−2 或 0<m≤1。(3) m=1→C=[0,3]⊆A ✓;m=0→C=[−1,1] 含 −1∉A ✗;左端嚴格大於因 C 端點閉而 A 左端開,右端可等因 A 右端閉。

採分點 非空條件 m≥−2 1 分;左端 m−1>−1 1 分;右端 2m+1≤3 1 分;得 0<m≤1 1 分;指出 m<−2 時 C=∅ 1 分;給出完整並集答案 1 分;m=1 與 m=0 回驗 1 分;解釋嚴格不等號與右端可取等 1 分。

易錯點 漏掉空集分支只答 0<m≤1;左端寫成 m−1≥−1(得 m≥0);右端寫成 2m+1<3 丟掉 m=1;把 C=∅ 誤判為「無解」;不代邊界值回驗開閉。

三、規律小結與對照表

環節關係式本題結果要點易錯
解 B(x−3)(x+1)≤0B=[−1,3]因式分解定端點寫成開區間
交併A=(−1,3]⊂BA∩B=A, A∪B=B真包含把補集端點寫反
補集R∖A(−∞,−1]∪(3,∞)−1 不屬 A漏 −1
充分必要p⇒q, q⇏p充分不必要(反例 −1)方向別反說成 q 是 p 的充分
量詞否定∀→∃, >→≤∃x∈R, …≤0(假)條件不動只改一半
含參非空m−1≤2m+1m≥−2先判空直接列兩端
非空包含m−1>−1 且 2m+1≤30<m≤1左嚴右可等左端寫 ≥
空集分支m<−2 → C=∅自動成立並進答案整段漏掉

集合與邏輯三件事:先解不等式、畫數軸標端點開閉;p⇒q 則 p 是 q 的充分條件(方向別反,本題「不必要」全靠 −1 這個左開端點);量詞否定改量詞又改結論、條件不動(∀→∃、>→≤)。含參子集最要緊的一條:先判空——m<−2 時 C=∅,空集是任何集合的子集,自動成立;完整答案是 m<−2 或 0<m≤1,只答後半段就丟了整個分支。兩端嚴格與否分別看開閉:C 端點閉、A 左開,所以左端必須 >;A 右閉,右端可以 ≤。區間與參數均為自編示意數據。

四、自測清單

  • □ 先解不等式並把區間端點開閉逐個標清;
  • □ 判充分必要時先定 p⇒q 的方向,再找反向反例;
  • □ 量詞否定:改量詞、改結論、條件不動;
  • □ 含參子集第一步先判 C 是否為空;
  • □ 非空時兩端按「包含方是否取等」分別列式;
  • □ 兩段答案取並集,再代邊界值回驗。
編寫說明與學科依據

本文為備考教研體例稿:題目系按課程標準與聯招常見考點範圍編寫的仿真練習題,非真題原文;文中案例為示意內容,非真實記錄;文末欄目為學科依據說明,非逐條引文。涉及報考、錄取、證件、居留、資助等事項,一律以當年官方文件與學校正式通知為準。

學科依據:

  • 人教版高中教材(數學):導數及其應用、三角函數、數列、計數與概率相關章節
  • 《普通高等學校聯合招收華僑港澳臺學生考試大綱(數學科)》:相關考點考查範圍(僅作命題範圍參照,本文題目未與真題逐題比對)
  • 編寫說明:題目、選段、選項、數據與解析均為按常見考點獨立編寫的原創仿真題,未取自任何題庫、教輔或試卷;採分點為教研整理,非官方評分標準

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聯招數學·集合與常用邏輯用語:充分必要、量詞否定
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