集合思想在高中数学中的应用

发布时间:2008-09-04 14:42 来源:人教网 作者:山东诸城 李国锋 王磊[打印] [评论]

集合思想在高中数学中的应用

 

 

    集合是近代数学中的一个重要概念,集合思想已成为现代数学的理论基础,与高中数学的许多内容有着广泛的联系,中学数学所研究的各种对象都可以看作集合或集合中的元素,用集合语言可以明了地表述数学概念,准确、简捷地进行数学推理。集合论的创始人是徳国数学家康托尔(G.Cantor,1845 - 1918)。他的集合思想的主要特征包括概括原则、外延原则、一一对应原则和实无穷思想。其概括原则用于造集,外延原则保证了集合的确定性,一一对应原则引出了基数概念,揭示了无穷集的本质特征。三个原则的采用,使数学中引入了实无穷思想。数学教师在教学中还可以运用集合思想建立数学概念系统,或在复习教学中帮助学生归纳、整理数学知识。对于数学学习来说,要帮助学生养成这样一种集合的思维习惯:善于把在某些方面有类似性质的对象(或满足某一条件的对象)放在一起视为一个集合,然后利用集合的有关概念或通过集合的有关计算来研究和解决问题。人教B版教材中更是注重了集合思想,下面谈谈教材在集合思想的突出应用:
 
    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。