数学救急室
#fb1f93c5-f029-4995-b4be-10e2805d773a中上解答题集合间的基本关系集合与常用逻辑用语

集合包含关系的参数求解

已知集合 A={x∈R∣x2−4ax+3a2<0}A = \{x \in \mathbb{R} \mid x^2 - 4ax + 3a^2 < 0\},集合 B={x∈R∣x2−2x−3≤0}B = \{x \in \mathbb{R} \mid x^2 - 2x - 3 \leq 0\}。若 A⊆BA \subseteq B,求实数 aa 的取值范围。

解析
首先化简集合 AA 和 BB。 (1)化简集合 BB: 解不等式 x2−2x−3≤0x^2 - 2x - 3 \leq 0。 因式分解得 (x−3)(x+1)≤0(x-3)(x+1) \leq 0,解得 −1≤x≤3-1 \leq x \leq 3,故 B=[−1,3]B = [-1, 3]。 (2)化简集合 AA: 不等式 x2−4ax+3a2<0x^2 - 4ax + 3a^2 < 0 的判别式为 Δ=(−4a)2−4⋅1⋅3a2=16a2−12a2=4a2≥0\Delta = (-4a)^2 - 4 \cdot 1 \cdot 3a^2 = 16a^2 - 12a^2 = 4a^2 \geq 0,当 a≠0a \neq 0 时,Δ>0\Delta > 0,方程有两个不等实根;当 a=0a = 0 时,原不等式变为 x2<0x^2 < 0,无解,即 A=∅A = \varnothing。 当 a≠0a \neq 0 时,解方程 x2−4ax+3a2=0x^2 - 4ax + 3a^2 = 0,由求根公式得: x=4a±4a22=4a±2∣a∣2=2a±∣a∣.x = \frac{4a \pm \sqrt{4a^2}}{2} = \frac{4a \pm 2|a|}{2} = 2a \pm |a|. 分情况讨论: - 若 a>0a > 0,则 ∣a∣=a|a| = a,两根为 x1=2a−a=ax_1 = 2a - a = a,x2=2a+a=3ax_2 = 2a + a = 3a,且 a<3aa < 3a,开口向上,故 A=(a,3a)A = (a, 3a)。 - 若 a<0a < 0,则 ∣a∣=−a|a| = -a,两根为 x1=2a−(−a)=3ax_1 = 2a - (-a) = 3a,x2=2a+(−a)=ax_2 = 2a + (-a) = a,注意此时 3a<a3a < a(因 a<0a<0),故解集为 (3a,a)(3a, a)。 综上: A={∅,a=0,(a,3a),a>0,(3a,a),a<0.A = \begin{cases} \varnothing, & a = 0, \\ (a, 3a), & a > 0, \\ (3a, a), & a < 0. \end{cases} (3)由条件 A⊆B=[−1,3]A \subseteq B = [-1, 3],分情况讨论: - 当 a=0a = 0 时,A=∅A = \varnothing,空集是任意集合的子集,满足 A⊆BA \subseteq B,故 a=0a = 0 符合要求。 - 当 a>0a > 0 时,A=(a,3a)A = (a, 3a),需满足 (a,3a)⊆[−1,3](a, 3a) \subseteq [-1, 3],即左端点 a≥−1a \geq -1(自动满足,因 a>0a>0),右端点 3a≤33a \leq 3,且区间非空要求 a<3aa < 3a 恒成立;还需保证整个开区间落在 [−1,3][-1,3] 内,即最小值 a≥−1a \geq -1(冗余),最大值 3a≤33a \leq 3,即 a≤1a \leq 1;同时为使 AA 非空(虽空集已单独考虑,但此处 a>0a>0,故只需 a>0a>0 且 3a≤33a \leq 3),得 0<a≤10 < a \leq 1。 - 当 a<0a < 0 时,A=(3a,a)A = (3a, a),需满足 (3a,a)⊆[−1,3](3a, a) \subseteq [-1, 3]。由于 a<0a < 0,有 3a<a<03a < a < 0,因此需:左端点 3a≥−13a \geq -1(确保区间不向左超出 −1-1),右端点 a≤3a \leq 3(自动满足,因 a<0a<0)。故 3a≥−1⇒a≥−133a \geq -1 \Rightarrow a \geq -\frac{1}{3}。又 a<0a < 0,所以 −13≤a<0-\frac{1}{3} \leq a < 0。 合并三类情况: - a=0a = 0, - 0<a≤10 < a \leq 1, - −13≤a<0-\frac{1}{3} \leq a < 0, 得 a∈[−13, 1]a \in \left[-\frac{1}{3},\, 1\right]。 验证边界: - 当 a=−13a = -\frac{1}{3} 时,A=(3a,a)=(−1,−13)⊆[−1,3]A = (3a, a) = (-1, -\frac{1}{3}) \subseteq [-1,3],成立(注意开区间左端点 −1-1 不包含,而 BB 包含 −1-1,不影响子集关系); - 当 a=1a = 1 时,A=(1,3)⊆[−1,3]A = (1, 3) \subseteq [-1,3],成立。 因此,实数 aa 的取值范围为 [−13, 1]\left[-\dfrac{1}{3},\, 1\right]。