数学救急室
#5fb42572-a934-412c-9bc0-816072a781bb简单解答题集合间的基本关系集合与常用逻辑用语

集合包含关系的判定与参数求解

已知集合 A={x∈R∣x2−4x+3<0}A = \{x \in \mathbb{R} \mid x^2 - 4x + 3 < 0\},集合 B={x∈R∣1<x<a}B = \{x \in \mathbb{R} \mid 1 < x < a\},其中 a∈Ra \in \mathbb{R}。 (1)求集合 AA; (2)若 A⊆BA \subseteq B,求实数 aa 的取值范围; (3)是否存在实数 aa,使得 B⊆AB \subseteq A?若存在,求出所有满足条件的 aa;若不存在,请说明理由。

解析
(1)解不等式 x2−4x+3<0x^2 - 4x + 3 < 0: 先求对应方程的根:x2−4x+3=0x^2 - 4x + 3 = 0,解得 x=1x = 1 或 x=3x = 3。 因二次函数图象开口向上,故不等式解集为两根之间: A={x∈R∣1<x<3}=(1,3).A = \{x \in \mathbb{R} \mid 1 < x < 3\} = (1, 3). (2)已知 B={x∈R∣1<x<a}=(1,a)B = \{x \in \mathbb{R} \mid 1 < x < a\} = (1, a)(注意:当 a≤1a \leq 1 时,B=∅B = \varnothing,但此时 A=(1,3)⊈∅A = (1,3) \not\subseteq \varnothing,故 a>1a > 1 才可能满足 A⊆BA \subseteq B)。 要使 A⊆BA \subseteq B,即 (1,3)⊆(1,a)(1,3) \subseteq (1,a),需满足:右端点满足 3≤a3 \leq a(因为若 a<3a < 3,则例如 x=a+32∈Ax = \frac{a+3}{2} \in A 但 x∉Bx \notin B;而当 a=3a = 3 时,B=(1,3)=AB = (1,3) = A,满足子集关系;当 a>3a > 3,显然 (1,3)⊊(1,a)(1,3) \subsetneq (1,a))。 又因 BB 定义为开区间 (1,a)(1,a),而 AA 也是开区间 (1,3)(1,3),故 A⊆BA \subseteq B 当且仅当 a>3a > 3?需再审慎判断: - 若 a=3a = 3,则 B=(1,3)=AB = (1,3) = A,故 A⊆BA \subseteq B 成立(集合相等时仍满足子集定义); - 若 a>3a > 3,显然成立; - 若 a<3a < 3,如 a=2.5a = 2.5,则 x=2.8∈Ax = 2.8 \in A 但 2.8∉B2.8 \notin B,不满足。 因此,A⊆BA \subseteq B 等价于 (1,3)⊆(1,a)(1,3) \subseteq (1,a),要求 a≥3a \geq 3。注意:由于 BB 是开区间 (1,a)(1,a),其上界不包含 aa,但 AA 的上界是 33(不包含),所以只要 a>3a > 3,则 3<a3 < a,从而对任意 x∈(1,3)x \in (1,3),有 x<3<ax < 3 < a,故 x∈(1,a)x \in (1,a);若 a=3a = 3,则 B=(1,3)B = (1,3),与 AA 相等,仍满足 A⊆BA \subseteq B。综上,a≥3a \geq 3。 故实数 aa 的取值范围为 [3,+∞)[3, +\infty)。 (3)考虑是否存在 aa 使得 B⊆AB \subseteq A,即 (1,a)⊆(1,3)(1,a) \subseteq (1,3)。 分情况讨论: - 若 a≤1a \leq 1,则 B=∅B = \varnothing,空集是任意集合的子集,故 B⊆AB \subseteq A 恒成立。但题目中 B={x∈R∣1<x<a}B = \{x \in \mathbb{R} \mid 1 < x < a\},当 a≤1a \leq 1 时,该集合无满足条件的实数,即 B=∅B = \varnothing,而 ∅⊆A\varnothing \subseteq A 成立。 - 若 a>1a > 1,则 B=(1,a)B = (1,a) 非空,要使其为 (1,3)(1,3) 的子集,需满足 a≤3a \leq 3(否则存在 x∈(1,a)x \in (1,a) 且 x≥3x \geq 3,如 x=a+32>3x = \frac{a+3}{2} > 3,不在 AA 中)。又因 AA 不含 33,而 BB 是开区间,只要 a≤3a \leq 3,就有 (1,a)⊆(1,3)(1,a) \subseteq (1,3): - 当 1<a<31 < a < 3,显然成立; - 当 a=3a = 3,B=(1,3)=AB = (1,3) = A,满足 B⊆AB \subseteq A; - 当 a>3a > 3,不成立。 综上,B⊆AB \subseteq A 成立当且仅当 a≤3a \leq 3。 但需注意:当 a≤1a \leq 1 时,B=∅B = \varnothing,也满足;当 1<a≤31 < a \leq 3 时,B=(1,a)⊆(1,3)=AB = (1,a) \subseteq (1,3) = A。因此,所有满足条件的实数 aa 为 (−∞,3](-\infty, 3]。 故存在这样的 aa,且所有满足条件的 aa 构成集合 (−∞,3](-\infty, 3]。 最终答案: (1)A=(1,3)A = (1, 3); (2)a∈[3,+∞)a \in [3, +\infty); (3)存在,a∈(−∞,3]a \in (-\infty, 3]。