1.2 集合间的基本关系:核心知识点讲解

本节整体知识信息结构图

本节学习目标

学完本节,需要掌握:

  • 什么是子集、真子集、空集。
  • 如何判断两个集合之间的包含关系、真包含关系和相等关系。
  • 如何区分元素与集合的“属于关系”和集合与集合的“包含关系”。
  • 如何写出一个有限集合的所有子集、真子集。
  • 如何用 Venn 图理解集合间的关系。

这一节的核心问题是:两个集合之间是什么关系?
在 1.1 中,我们关注“元素和集合”的关系;从 1.2 开始,我们关注“集合和集合”的关系。

核心知识点讲解

一、知识对象与问题情境

本节的知识对象是“集合与集合之间的关系”。在 1.1 中,重点是判断一个对象是不是某个集合的元素;到了 1.2,要进一步判断两个集合之间是否存在包含、相等或真包含关系。

最常见的问题情境有三类:

  • 两个列举法集合之间的关系,例如
  • 描述法集合之间的关系,例如
  • 几何、数集或实际对象集合之间的关系,例如“正方形集合”和“矩形集合”。

解题时的核心问题可以统一成一句话:

一个集合中的元素,是否都在另一个集合中?

二、核心概念与定义条件

1. 子集

对于两个集合 ,如果集合 中任意一个元素都是集合 的元素,就称 的子集,记作:

也可以读作:

A 包含于 B

或者说 包含 ,记作:

符号化理解:

例如:

因为 中的 都在 中,所以:

2. 用生活例子理解子集

设:

每一名女生都是这个班的学生,所以:

这就是“局部属于整体”的集合表达。

3. 集合相等

如果集合 的任意一个元素都是集合 的元素,同时集合 的任意一个元素都是集合 的元素,那么 相等,记作:

也就是说:

反过来,如果:

那么一定有:

因此,证明两个集合相等,常用方法是:

先证 A 是 B 的子集,再证 B 是 A 的子集。

例如:

“有两条边相等的三角形”就是“等腰三角形”,所以:

4. 真子集

如果 ,并且 中至少有一个元素不属于 ,则称 的真子集,记作:

也可以说 真包含 ,记作:

符号化理解:

表示两件事同时成立:

并且:

例如:

因为 中的元素都在 中,而且 ,所以:

子集、真子集、集合相等三联图

5. 空集

不含任何元素的集合叫做空集,记作:

例如,方程

没有实数根,所以它的实数根组成的集合是:

规定:

也就是说,空集是任何集合的子集。

如果 ,那么:

三、符号语言与等价表示

本节常用符号可以分为两层:元素与集合之间用“属于”关系,集合与集合之间用“包含”关系。

符号读法左边对象右边对象含义
属于 元素集合 的元素
不属于 元素集合 不是 的元素
包含于 集合集合 中任意元素都在
真包含于 集合集合
相等集合集合两个集合元素完全相同

几个重要等价表示要熟练掌握:

四、关键性质、定理与公式

6. 子集关系的基本性质

任何集合都是它本身的子集:

子集关系具有传递性:

例如:

所以:

子集传递关系图

五、典型模型与解题方法

7. 属于关系与包含关系

这是本节最容易混淆的地方。

关系符号左边右边例子
属于元素集合
不属于元素集合
包含于集合集合
真包含于集合集合

特别注意:

表示 是集合 的一个元素。

而:

属于与包含符号辨析图

表示只含有元素 的单元素集合是 的子集。

例如,设:

则:

并且:

但是不能写成:

也不能写成:

因为 的元素是 ,不是集合

8. 子集个数

如果一个集合有 个元素,那么:

  • 子集个数为
  • 真子集个数为
  • 非空子集个数为
  • 非空真子集个数为

例如集合:

个元素,所以子集个数是:

所有子集为:

真子集为:

子集个数生成方法图

六、题型应用与迁移

本节题型可以归纳为三条主线:

  • 关系判断:先化简集合,再判断 两个方向。
  • 符号填空:先看左边对象是元素还是集合,再选择
  • 子集列举与计数:每个元素都有“选”或“不选”两种状态,先确定总数,再按元素个数有序列举。

重点梳理

集合关系判断流程图

重点 1:判断

判断 时,只需要问一句:

A 中的每一个元素都在 B 中吗?

如果答案是“是”,则:

如果能找到一个元素属于 但不属于 ,则:

例如:

因为 的正约数为 ,而:

所以:

重点 2:判断

判断两个集合相等,不能只看形式,要看元素。

例如:

因为:

所以:

重点 3:判断

判断真子集要同时满足两个条件:

  1. 中每一个元素都在 中。
  2. 中至少有一个元素不在 中。

例如:

但:

因为两个集合相等,不是真子集关系。

重点 4:空集不要漏掉

写一个集合的所有子集时,必须包含:

和集合本身。

例如:

的子集一共有:

个,分别是:

难点突破

难点 1: 不一样

空集:

里面没有任何元素。

集合:

里面有一个元素,这个元素是空集。

所以:

并且:

同时:

这两个式子都对,但含义不同。

难点 2:元素和单元素集合不能混用

设:

正确的是:

错误的是:

原因:

  • 是元素,所以用
  • 是集合,所以用

难点 3:由条件表示的集合要先化简

设:

判断:

是否成立。

不能只看形式,要先解方程:

所以:

因此:

成立。

例题讲解

例题 1:写出集合 的所有子集

写出集合:

的所有子集,并指出哪些是真子集。

解析:

集合 有两个元素,所以子集个数为:

从“不选元素、选一个元素、选两个元素”三种情况列出:

  • 不选任何元素:
  • 只选一个元素:
  • 选两个元素:

所以 的所有子集为:

其中真子集是不等于 本身的子集,所以真子集为:

例题 2:判断集合 是否为集合 的子集

设:

判断 是否为 的子集。

解析:

的正约数是:

所以:

虽然:

但是:

而:

所以 中并不是每一个元素都属于

答案:

例题 3:几何集合中的子集关系

设:

判断 是否为 的子集。

解析:

长方形一定是平行四边形,并且长方形的两条对角线相等。

也就是说,任何一个长方形都满足“是两条对角线相等的平行四边形”。

所以:

事实上,在平面几何中,“两条对角线相等的平行四边形”也是长方形,因此这里还有:

所以:

例题 4:用适当的符号填空

设:

填空:

解析:

先化简集合

所以:

因此:

答案:

例题 5:根据包含关系求参数范围

区间包含求参数解题路径图

已知:

若:

求实数 的取值范围。

解析:

表示 中每一个数都必须属于

集合 是区间:

集合 是区间:

要让:

右端必须至少覆盖到

注意 中不包含 ,所以只要:

就可以。

答案:

易错点整理

易错点 1:漏写空集

写所有子集时,最容易漏掉:

例如 的所有子集不是只有 ,还必须有:

易错点 2:把“属于”和“包含于”混用

设:

正确:

错误:

易错点 3:把子集误认为真子集

任何集合都是它本身的子集:

但集合不是它本身的真子集:

易错点 4:认为空集不是任何集合的子集

规定:

空集是任何集合的子集。

如果 非空,那么:

易错点 5:不先化简集合就判断关系

例如:

其实相等,因为方程的根是

判断集合关系时,要先把描述法中的集合化简。

考点考证点整理

考点一:判断子集、真子集与集合相等

  • 出题思路:给出两个用列举法、描述法、区间或几何对象表示的集合,要求判断
  • 关键条件:是否任意 都有 ;是否任意 都有 ;是否存在一方集合中多出的元素;描述法集合是否需要先解方程、不等式或识别几何定义。
  • 解答要点:先化简集合,再分别判断 两个方向;两个方向都成立则写 ;只一个方向成立且两个集合不相等,则写真子集;若能找到反例元素,则说明不包含。
  • 易扣分点:只看元素个数不看元素本身;只判断一个方向就写相等;把 误写成 ;描述法集合没有先化简。

考点二:属于关系与包含关系的符号辨析

  • 出题思路:用 填空,常把 放在同一题中考查对象层级。
  • 关键条件:左边是元素还是集合;右边是否是集合;集合 的元素到底是普通元素还是集合;空集 和单元素集合 是否被区分。
  • 解答要点:元素对集合用 ,集合对集合用 ;先判断符号类型,再判断关系真假。例如 是不同层级的关系。
  • 易扣分点:写出 这类对象层级错误;把 当成普通数字或字母;看到花括号就忽略集合中真实元素。

考点三:空集相关判断

  • 出题思路:判断 与某个集合之间的属于、包含、相等或真包含关系,也常出现在子集个数、符号填空和真假命题中。
  • 关键条件: 不含任何元素; 含有一个元素,这个元素是 ;空集是任何集合的子集;当 时,
  • 解答要点:先写出基本结论 ;再判断 是否作为元素出现在右边集合中;遇到 时要明确它不是空集。
  • 易扣分点:认为空集没有元素所以不是任何集合的子集;把 混为一谈;漏写空集这个子集。

考点四:列举子集、真子集与计算子集个数

  • 出题思路:给出有限集合,要求写出所有子集、所有真子集、非空子集或非空真子集,也可能只要求计算数量。
  • 关键条件:集合中不同元素的个数 ;是否要求排除空集;是否要求排除集合本身;题目是否要求“写出”而不是只“求个数”。
  • 解答要点:每个元素都有“选”或“不选”两种状态,所以子集数为 ;真子集数为 ;非空子集数为 ;非空真子集数为 。列举时按元素个数从少到多写,先写 ,最后写集合本身。
  • 易扣分点:漏写 或集合本身;重复列出同一个集合;把元素顺序不同误认为不同集合;把“真子集”写成包含集合本身。

考点五:由包含关系求参数范围或参数值

  • 出题思路:给出含参数的集合、区间或方程根集合,并给出 ,要求求参数范围或参数值。
  • 关键条件:谁包含谁;区间端点是否能取到;方程根集合是否需要先求出;集合中元素的互异性是否影响列举法集合。
  • 解答要点:区间题先画数轴,看被包含的集合是否被另一个集合完全覆盖;列举法题把包含关系转化为“每个元素都要落入目标集合”;相等题要两个方向都满足,并检查参数代入后集合是否真的相同。
  • 易扣分点:开区间、闭区间端点判断错误;只得到必要条件没有回代检验;忽略集合元素互异性;把 看反。

练习题

A 组:基础巩固

  1. 判断下列关系是否正确。
  1. 写出集合 的所有子集。

  2. 写出集合 的所有真子集。

  3. 判断下列集合之间的关系。

  1. 判断下列集合之间的关系。

B 组:能力提升

  1. 用适当的符号 填空。

设:

填空:

  1. 判断集合 是否为集合 的子集。
  1. 判断下列两个集合之间的关系。
  1. 判断下列两个集合之间的关系。

C 组:综合应用

  1. 已知:

,求实数 的取值范围。

  1. 已知:

,求实数 的可能取值。

  1. 判断下列说法是否正确,并说明理由。

教材习题补充

  1. 教材习题 1.2 第 1 题:选用适当符号填空。
    (1) ,判断 的关系。
    (2) ,判断 的关系。
    (3) 判断菱形集合与平行四边形集合、等腰三角形集合与等边三角形集合的关系。

  2. 教材习题 1.2 第 2 题:指出 之间的关系,并用 Venn 图表示。

  3. 教材习题 1.2 第 3 题:分别举出“立德中学学生”“三角形”“”“”的一个子集。

  4. 教材习题 1.2 第 4 题:集合 表示直线 。集合 表示什么? 有什么关系?

  5. 教材习题 1.2 第 5 题:若 ,且 ,求 ;若 ,且 ,求 的取值范围。

练习题答案

  1. 正确;正确;错误;错误。

  1. 因为 的解是 ,所以:
  1. 因为 ,所以:
  1. 的正约数为 ,所以:

因为小于 的数都小于 ,但例如

因为 ,所以 的倍数一定是 的倍数。若 ,两个集合都含 。并且 ,所以:

  1. 因为 ,所以 必须属于 。即:

分别得:

检查:

  • 时,,满足。
  • 时,,满足。
  • 时,,满足。

所以:

正确,因为 的唯一元素是

正确,因为空集是任何集合的子集。

错误,因为左边集合有一个元素,右边空集没有元素。

  1. 教材习题 1.2 第 1 题答案:
    (1) ,所以
    (2) ,所以
    (3) ,所以若按题目顺序写“等腰三角形集合 与 等边三角形集合”,应为后者是前者的真子集。

  2. 教材习题 1.2 第 2 题答案:。Venn 图应画成四层嵌套:最外层四边形,内部依次为平行四边形、矩形、正方形。

  3. 教材习题 1.2 第 3 题答案示例:高一学生集合是立德中学学生集合的子集;等边三角形集合是三角形集合的子集; 的子集; 的子集。

  4. 教材习题 1.2 第 4 题答案:解方程组 ,所以 ,表示两条直线的交点集合。由于 在直线 上,所以

  5. 教材习题 1.2 第 5 题答案:由 ,应有 ,所以 ;另一个元素对应 ,故 。第二问要使 覆盖,需