二、集合思想在高中数学的应用
应用一:中学数学中常见的集合有(1)数集;(2)方程(或方程组的)解集;(3)不等式(或不等式组)的解集;(4)点集。
只有深刻理解集合概念,明确集合中元素的属性,熟练地运用集合与集合的关系解决具体问题上下功夫,才能读懂用集合语言描述的数学命题,并顺利地用集合语言解答方程或不等式问题。
例1:集合M={y∣y=x2-1,x∈R},N={x∣y=},则M∩N等于()
分析:集合M中的元素是y,它表示函数y=x2-1的值域,从而M={ y ∣y≥-1}.集合N中的元素是x,它表示函数y=的定义域,从而N={ x∣}.因此,M∩N={x∣}
例2:设f(x)=x2+ax+b,a,b∈R,A={x∣f(x)=x}={a},求a,b.
分析:A是方程f(x)=x的解集,A={a}表示方程有两个相等的实根a 。
方程即为x2+(a-1)x+b=0,又a是方程的解,由韦达定理可求a=,b=
更为重要的是,集合思想沟通了数和形的内在联系,使得由某个图形性质给出的点集和满足某性质P的实数对组成的集合建立起一一对应的关系,进而使中学数学能够用代数方法解答几何问题,能够对代数命题给出几何解释,还能够通过几何图形来解决代数问题。
僻如新教材中球、椭圆、双曲线、抛物线等概念都是用集合定义的,形象又直观,便于学生理解。
例3:集合A={(x,y)∣y=x + m},B={(x,y)∣y=},如果A∩B是单元素集,求m的取值范围。
分析:集合A表示的是斜率为1的一组平行直线,集合B表示的方程变形为x2-y2=4(y≤0),表示双曲线x2-y2=4在x轴下方的部分(包括两个交点),而A∩B是单元素集,则说明直线与半双曲线有一个公共点。
如图:
将双曲线的一条渐近线y=x分别向上、向下平移,可得m的取值范围是m≤-2或0<m≤2。
集合的关系、集合的运算等都是从元素的角度予以定义的。
因此,求解集合问题时,抓住元素的特征进行分析,就相当于牵牛抓住了牛鼻子。