常用逻辑用语习题
前言
典例剖析
解:若\(ab=0\),则\(a\neq 0\)且\(b\neq 0\);
易错写为“若\(ab=0\),则\(a\neq 0\)或\(b\neq 0\)”;
其否命题为:若\(ab\neq 0\),则\(a\neq 0\)且\(b\neq 0\);
法1,可以做出条件和结论的可行域,利用集合的关系来判断,但是这个方法比较难。
由题目可知,\(\;p:x\neq 2\)或\(y\neq 3\),对应图中的除过点\((2,3)\)之外的区域\(A\);
\(\;q:x+y\neq 5\),对应坐标系中不在直线上的区域\(B\);
显然区域\(A\)包含区域\(B\),故\(\;p\)是\(\;q\)的必要不充分条件,\(\;q\)是\(\;p\)的充分不必要条件。
法2:利用等价命题和不等式性质求解。
命题:\(\neg\;q:x+y=5\),命题:\(\neg\;p:x=2\)且\(y=3\),则有\(\neg\;q \not\Rightarrow \neg\; p,\neg\; p \Rightarrow \neg\; q\)
故\(\neg\; q\)是\(\neg\; p\)的必要不充分条件,\(\neg\; p\)是\(\neg\; q\)的充分不必要条件。
由等价命题可知,\(\;p\)是\(\;q\)的必要不充分条件,\(\;q\)是\(\;p\)的充分不必要条件。
原命题:“\(x+y\neq 5\)”是"\(x\neq 2\)或\(y\neq 3\)"的何种条件;(充分不必要)
逆否命题:"\(x=2\)且\(y=3\)"是"\(x+y=5\)"的何种条件;(充分不必要)
预备知识:我国齐梁时代的数学家祖暅(公元5-6世纪)提出了一条原理:“幂势既同,则积不容异.”这句话的意思是:夹在两个平行平面间的两个几何体,被平行于这两个平行平面的任何平面所截,如果截得的两个截面的面积总是相等,那么这两个几何体的体积相等.
分析:大前提:\(A,B\)是两个同高的几何体,\(\neg\;q:A,B\)在等高处的截面积恒相等,\(\neg\;p:A,B\)的体积相等,则由祖暅原理可知,\(\neg\; q \Rightarrow \neg\; p\),但是\(\neg\; p \not\Rightarrow \neg\; q\),比如两个相同的圆锥体,一正一倒夹在两个平行平面之间,很明显等高处的截面积不恒相等。故\(\neg\; q\)是\(\neg\; p\)的充分不必要条件,即\(p\)是\(q\)的\(\underline{充分不必要}\)条件。
【解后反思】:\(\neg\; q\)是\(\neg\; p\)的充分不必要条件,其逆否命题即 \(p\) 是\(q\)的充分不必要条件。命题中如果带有否定词,则最好借助逆否命题来判断。
分析:由于题干\(a>b\)等价于\(a-b>0\),本题目是想问,哪一个选项能是\(a>b\)的充分不必要条件,逐项分析如下:
\(A\)选项,即\(a-b>1\),故是充分不必要条件;
\(B\)选项,即\(a-b>-1\),故是必要不充分条件;
\(C\)选项,即\(a>b\not\Rightarrow a^2>b^2\),且\(a^2>b^2\not\Rightarrow a>b\)(结合函数\(y=x^2\),举一个反例就行),故既不充分也不必要条件;
\(D\)选项,\(y=x^3\)是增函数,即\(a>b\Rightarrow a^3>b^3\),且\(a^3>b^3 \Rightarrow a>b\),故是充要条件;
故选\(A\);
分析:由题目\(m\)满足关于\(x\)的方程\(2ax+b=0\),即\(m=-\cfrac{b}{2a}\),
又二次函数\(f(x)\)开口向上,\(x=-\cfrac{b}{2a}\)为其对称轴,故其有最小值\(f(-\cfrac{b}{2a})\),
即\(f(x)_{min}=f(-\cfrac{b}{2a})=f(m)\),故对任意\(x\in R\),\(f(x)\ge f(m)\) ,故选\(D\)。
分析:全称命题的否定是特称命题,方法思路:改写量词,否定结论即可;
故\(\neg p:\exists x_0\in R,x_0^2+1<1\)。
解:本题目学生容易按照改写量词,否定结论的思路,错误的选择\(C\),其实,\(\cfrac{x}{x-1}>0\)的否定应该是\(\cfrac{x}{x-1}\leqslant0\)或\(x-1=0\)两种情况,由于正面\(\cfrac{x}{x-1}>0\)中不含有\(x-1=0\),故其否定中应该含有\(x-1=0\);
可以这样思考,将\(\cfrac{x}{x-1}>0\)解出来得到,\(x<0\)或\(x>1\),故其否定应该为\(0\leqslant x\leqslant1\),故本题目应该选择\(B\) .
解:非\(p:\)存在\(x_0>0\),使得\((x_0+1)e^{x_0}\leqslant 1\);
注意,本题目学生容易错误的写为:非\(p:\)存在\(x_0\leqslant 0\),使得\((x_0+1)e^{x_0}\leqslant 1\);
法1:对于\(\forall x\in R\),要找到合适的\(n\),使得\(n\ge x^2\),此时我们只要取\(n=[x^2+1]\)即可,故满足题意的\(n\)一定存在,故原命题为真,其否定形式自然就是假命题,即存在\(x\in R\),任意\(n\in N^*\),使得\(n< x^2\),故选\(D\)。
法2:利用全称命题的否定形式解题,选\(D\)。
分析:利用全称命题的否定形式解题, 选\(D\)。
法1:直接法求解,由于\(x=5\)时不等式不成立,
即\(\cfrac{5a+10}{5a-25}>0\)或\(5a-25=0\),解得\(a<-2\)或\(a\ge 5\),故\(a\)的取值范围是\((-\infty,-2)\cup [5,+\infty)\)。
法2:间接法,正难则反,补集思想
令\(5\in M\),代入不等式\(\cfrac{5a+10}{5a-25}\leq 0\),解得解集为\(A=[-2,5)\);
又由于原题\(5\notin M\),故取集合\(C_RA=(-\infty,-2)\cup [5,+\infty)\),即为所求。
分析:选\(C\),本题目考查数学归纳法和命题的等价性。
如果认定原命题为真,则其逆否命题是:“若\(n=k+1(k\in N^*)\)时命题不成立,则\(\;\;n=k\;\;\)时命题也不成立。”也为真,
这样由于题目已知当\(n=5\)时,该命题不成立,则可以推出当\(n=4\)时,该命题不成立,而且当\(n=3,2,1\)时,该命题也不成立。
故选\(C\).
分析:由“\(\neg q 且p\)”为真,可知\(p\)真\(q\)假;
由\(p\)为真,则\(x^2+2x-3>0\),解得\(x<-3\)或\(x>1\);若\(q\)为真,则\(\cfrac{1}{3-x}>1\),解得\(2<x<3\),
故\(q\)为假时,得\(x\leq 2或x\ge 3\),故由\(p\)真\(q\)假可知,
满足条件\(\left\{\begin{array}{l}{x<-3或x>1}\\{x\leq 2或x\ge 3}\end{array}\right.\)
即\(x\in (-\infty,-3)\cup(1,2]\cup[3,+\infty)\)。
辨析:命题\(q\):\(\cfrac{1}{3-x}>1\),则\(\neg q\):应该为\(\cfrac{1}{3-x}\leq 1\)或\(3-x=0\),而不是\(\cfrac{1}{3-x}\leq 1\)。
或解为:由命题\(q\):\(\cfrac{1}{3-x}>1\),化简得到,命题\(q\):\(2<x<3\),故\(\neg q\):\(x\leqslant 2\)或\(x\geqslant 3\);
分析:由题目可知,
若\(p\)为真,则\(1-2m>0\),解得\(m<\cfrac{1}{2}\)(依托\(y=\cfrac{1}{x}\)的单调性);
若\(q\)为真,由\(m<(x-1)^2\)对\(R\)恒成立,可知\(m<0\),
由命题"\(p\)且\(q\)”为假,“\(p\)或\(q\)”为真可知,命题\(p\) 和\(q\)必然是一真一假;
当\(p\)真且\(q\)假时,有\(\left\{\begin{array}{l}{m<\cfrac{1}{2}}\\{m\ge 0}\end{array}\right.\)
解得\(0\leq m< \cfrac{1}{2}\);
当\(p\)假且\(q\)真时,有\(\left\{\begin{array}{l}{m\ge \cfrac{1}{2}}\\{m< 0}\end{array}\right.\)
解得\(m\in \varnothing\);
故\(m\)的取值范围是\([0,\cfrac{1}{2})\)。
辨析:本题目利用函数\(f(x)\)的单调性求参数的取值范围时,既可以利用单调性的性质,
也可以利用导数法,但是导数法很容易出错。
导数法:由\(f(x)=\cfrac{1-2m}{x}\)在区间\((0,+\infty)\)上单调递减,则有
\(f'(x)=-(1-2m)\cfrac{1}{x^2}\leq 0\)在区间\((0,+\infty)\)上恒成立,
即\(2m-1\leq 0\),即\(m\leq \cfrac{1}{2}\),这个结果是错误的,
原因是缺少验证,当\(m=\cfrac{1}{2}\)时, 函数\(f(x)=0\)为常函数,
不符合题意,故舍去,即\(m<\cfrac{1}{2}\)。
【解析】先化简命题\(p\),由\((x-m)^2>3(x-m)\),得到\(x^2-(2m+3)x+m^2+3m>0\),
即\(x^2-(2m+3)x+m(m+3)>0\),即\((x-m)[x-(m+3)]>0\),
则有\(p:x>m+3\)或\(x<m;q:-4<x<1\);
因为\(p\)是\(q\)成立的必要不充分条件,则\(\{x\mid-4<x<1\}\subseteq \{x\mid x>m+3或x<m\}\),
所以\(m+3≤-4\)或\(m≥1\),即\(m≤-7\)或\(m≥1\),
故\(m\)的取值范围为\((-\infty,-7]\cup[1,+\infty)\)。
法1:转化划归+分类讨论,由 \(p\) 或 \(q\) 为真命题,\(p\) 且 \(q\) 为假命题可知,转化为命题 \(p\) 和 \(q\) 必然是一真一假;
当 \(p\) 真且 \(q\) 假时,有\(\left\{\begin{array}{l}{-2-a<1<a}\\{2\ge a或 2\leq -2-a}\end{array}\right.\),解得 \(1<a\leq 2\);
当 \(p\) 假且 \(q\) 真时,有\(\left\{\begin{array}{l}{1\ge a或 1\leq -2-a}\\{-2-a<2<a}\end{array}\right.\),解得 \(a\in \varnothing\);
综上,\(1<a\leq 2\);故选\(C\)。
法2:利用运动观点求解,做出区间\((-2-a,a)\),然后让参数\(a\)从\(0\)到\(3\)逐渐增大,
当\(a=0\)时,设给定区间为\(A\),则\(A=(-2,0)\),此时\(1\not\in A\)且\(2\not\in A\),故不满足题意;
当\(a=1\)时,则\(A=(-3,1)\),此时\(1\not\in A\)且\(2\not\in A\),故不满足题意;
当\(a=1.5\)时,则\(A=(-3.5,1.5)\),此时\(1\in A\)且\(2\not\in A\),故满足题意;
当\(a=2\)时,则\(A=(-4,2)\),此时\(1\in A\)且\(2\not\in A\),故满足题意;
当\(a=3\)时,则\(A=(-5,3)\),此时\(1\in A\)且\(2\in A\),故不满足题意;
综上可知,参数\(a\)的取值只能是\(1<a\leq 2\);选\(C\).
分析:由题目可知,命题 \(p\) 为真命题,则
\(\exists x\in(1,\cfrac{5}{2})\),使得\(f(x)=tx^2+2x-2> 0\)能成立,
分离参数可得,\(t>\cfrac{2-2x}{x^2}\) 对 \(x\in(1,\cfrac{5}{2})\) 能成立编者注:由能成立模型可知,接下来,需要求解函数 \(\cfrac{2-2x}{x^2}\)的最小值或最小值的极限,至此,问题转化为求函数的值域或最值问题,观察此函数的特征,我们可以考虑用导数法或换元为二次函数后求解最值;\(\quad\),
求解最小值的思路一:
令\(h(x)=\cfrac{2-2x}{x^2}\),\(x\in(1,\cfrac{5}{2})\),需要求\(h(x)_{min}\),
\(h'(x)=\cfrac{(2-2x)'\cdot x^2-(2-2x)\cdot 2x}{(x^2)^2}=\cfrac{2(x-2)}{x^3}\)
\(x\in (1,2)\)时,\(h'(x)<0\),\(h(x)\)单调递减,
\(x\in (2,\cfrac{5}{2})\)时,\(h'(x)>0\),\(h(x)\)单调递增,
故\(h(x)_{min}=h(2)=-\cfrac{1}{2}\),故\(t>-\cfrac{1}{2}\)
即\(t\in (-\cfrac{1}{2},+\infty)\)。
求解最小值的思路二:
令 \(\cfrac{1}{x}=t\),由 \(x\in(1,\cfrac{5}{2})\),得到 \(t\in(\cfrac{2}{5},1)\),
则 \(h(x)=\cfrac{2-2x}{x^2}=2(\cfrac{1}{x^2}-\cfrac{1}{x})=2(t^2-t)=g(t)\),
即 \(g(t)=2[(t-\cfrac{1}{2})^2-\cfrac{1}{4}]=2(t-\cfrac{1}{2})^2-\cfrac{1}{2}\),
故当 \(t=\cfrac{1}{2}\in(\cfrac{2}{5},1)\) 时, \(g(t)_{\min}=-\cfrac{1}{2}=h(x)_{\min}\),
故\(t>-\cfrac{1}{2}\),即\(t\in (-\cfrac{1}{2},+\infty)\)。
解析:由复合命题真值表可知,\(p\lor(\neg q)\)为假命题,
则\(p\)和\(\neg q\)都为假命题,即\(p\)假\(q\)真。
先说命题\(q\):\(\forall x\in R\),\(x^2+mx+1\ge 0\),为真命题,
则属于恒成立命题,由\(\Delta=m^2-4\leq 0\),解得\(-2\leq m\leq 2\);
即\(q\)为真,则有\(-2\leq m\leq 2\);
以下重点研究命题\(p\),而由题目可知,
\(\neg p\):\(\forall x\in R\),\(e^x-mx \neq 0\),为真命题。
即方程\(e^x-mx =0\)无实根,此时准备分离参数:
思路一:方程\(mx= e^x\) 无实根,由不完全分离参数法,即函数\(y=e^x\)和函数\(y=mx\)的图像没有交点。如图所示,
设直线\(y=mx\)与曲线\(y=e^x\)相切于点\(P(x_0,y_0)\),
则\(\quad\left\{\begin{array}{l}{m=e^{x_0}①}\\{y_0=e^{x_0}②}\\{y_0=mx_0③}\end{array}\right.\) \(\quad\quad\)释难列方程的来源是:从斜率相等角度,从切点在曲线上的角度,从切点在直线上的角度
解得切点坐标为\(P(1,e)\),\(m=e\),即二者相切时的斜率为\(e\),
故由图可知,两个函数图像没有交点时,\(0\leq m < e\)。
思路二:方程\(m=\cfrac{e^x}{x}\)无实根,由完全分离参数法,即函数\(y=m\)和函数\(y=\cfrac{e^x}{x}\)的图像没有交点。
令\(g(x)=\cfrac{e^x}{x}\),下面用导数研究其单调性,定义域为\((-\infty,0)\cup(0,+\infty)\),
\(g'(x)=\cfrac{e^x\cdot x-e^x\cdot 1}{x^2}=\cfrac{e^x(x-1)}{x^2}\),
则\(x\in (-\infty,0)\)时,\(g'(x)<0\),\(g(x)\)单调递减,\(x\in (0,1)\)时,\(g'(x)<0\),\(g(x)\)单调递减,
\(x\in (1,+\infty)\)时,\(g'(x)>0\),\(g(x)\)单调递增,且\(g(1)=\cfrac{e^1}{1}=e\),
在同一个坐标系中做出函数\(y=m\)和函数\(g(x)=\frac{e^x}{x}\)做函数\(g(x)=\frac{e^x}{x}\)的图像时,务必要注意函数值的正负,一般来说当函数中包含有\(e^x\),\(\ln x\)时,做函数的图像就必须特别注意函数值的正负。\(\quad\)的图像,
由图像可知,两个函数图像没有交点时,\(0 \leq m < e\)
故\(e^x-mx\neq 0\)时,得到\(0\leq m<e\),此时\(p\)为假,
综上,\(p\)为假且\(q\)为真时,
必有\(\left\{\begin{array}{l}{-2\leq m\leq 2}\\{ 0\leq m<e}\end{array}\right.\)
故\(0\leq m\leq 2\),即实数\(m\)的取值范围为\([0,2]\)。End.
分析:由题可知,\(“\forall x_0\in (a,b),f(x_0)+f(-x_0)= 0”\)是真命题,即\(f(-x)=-f(x)\),
即函数\(f(x)\)是奇函数,则\(a+b=0\),即\(f(a+b)=f(0)=0\);
对应练习
①若命题\(p:\exists x_{0}\in R\),\(\tan x_{0}=1\);命题\(q:\forall x \in R\),\(x^{2}-x+1>0\);则命题“\(p \wedge(\neg q)”\)是假命题;
②已知直线\(l_{1}:ax+3y-1=0\),\(l_{2}:x+by+1=0\),则\(l_{1}\perp l_{2}\)的充要条件是\(\cfrac{a}{b}=-3\);
③命题“若\(x^{2}-3x+2=0\),则 \(x=1\)”的逆否命题是“若\(x\neq 1\),则\(x^{2}-3x+2\neq 0\)”;
其中正确结论的序号为___________.
解析: ①中命题\(p\)为真命题,命题\(q\)为真命题,所以\(p\wedge(\neg q)\)为假命题, 故①正确;
②中当\(b=a=0\)时,有\(l_{1}\perp l_{2}\),故②不正确;
③显然正确;所以正确结论的序号为①③;
说明:其实②中,\(l_{1}\perp l_{2}\)的充要条件是\(a+3b=0\);
分析:若\(p\)为真,则\(m\leq -1\),若\(q\)为真,则\(-2<m<2\),则\(p\land q\)为真时,\(-2<m\leq -1\),
故\(p\land q\)为假命题,则取上述结果的补集得到,\((-\infty,-2]\cup(-1,+\infty)\)。
解析:对于命题\(p: f(x)=e^{x}+\ln x+2x^{2}+m x+1\) 在\((0,+\infty)\)内单调递增,
则\(f^{\prime}(x)=e^{x}+\cfrac{1}{x}+4x+m\geqslant 0\)在\((0,+\infty)\)内恒成立,
分离参数,得到\(m\geqslant -e^{x}-\cfrac{1}{x}-4x\)在\((0,+\infty)\)上恒成立,
令\(g(x)=-e^{x}-\cfrac{1}{x}-4x=-(e^{x}+4x+\cfrac{1}{x})\),
由于\(x>0\),则\(e^{x}>1\),又\(4x+\cfrac{1}{x} \geqslant 2\sqrt{4x\cdot\cfrac{1}{x}}=4\),
则\(e^{x}+4 x+\cfrac{1}{x}>5\),说明此处,两个同向不等式相加,由于其中一个不能取到等号,故结果不能取到等号\(\quad\),则\(g(x)<-5\),
设\(g(x)\)的最大值为\(N\)[比如取为\(-5.5\)],则必有\(N<-5\),
则化简命题\(p\)后得到参数的取值范围是\(m\geqslant N[-5.5]\),所以\(p\)是\(q\)的必要不充分条件,故选\(A\).
教学研究
思考1:我们知道,由于\(a^2<b^2\),只能得到\(|a|<|b|\),不能得到\(a<b\),故命题\(p\)为假命题,
那么其否定命题\(\neg p\)应该为真命题;按照命题的否定的写法,
\(\neg p\)应该为:若\(a^2<b^2\),则\(a\geqslant b\),但是我们知道这个也是假命题;
比如由\(2^2<4^2\),不能得到\(2\geqslant 4\);说明这样的作法有问题;
思考2:若这样来思考,之所以我们认为命题\(p\)为假命题,是因为我们认为,对任意的\(a^2<b^2\),都能得到\(a<b\),
这是错误的,比如\(2^2<(-3)^2\),但是不能得到\(2<-3\),故为假命题;
这样我们按照全称命题的否定形式得到,\(\neg p:\) 存在实数\(a\),\(b\),虽然\(a^2<b^2\),但是\(a\geqslant b\)成立;真命题;
但实际教学中我们碰到的绝大多数为假言命题,如“若\(p(x)\),则\(q(x)\)”,其并不是开语句,而是全称命题,只不过用语言表达时省略了全称量词,
如:若\(x>3\),则\(x>5\);即“任意大于\(3\)的实数都大于\(5\)”,而全称命题的否定是存在命题;
故其否定不是:若\(x>3\),则\(x\leqslant 5\);而是:存在实数\(x\),使得\(x>3\)且\(x\leqslant 5\);这显然是真命题。
分析:原命题的内涵是所有偶函数的图像关于\(y\)轴对称,是全称命题,故其否定是特称命题,
则其否定是“存在一个偶函数的图像不关于\(y\)轴对称”,即选项\(C\)正确;
解后反思:①对易错选项\(A\)的思考,
有些学生认为,原命题可以改写为“如果一个函数是偶函数,则其图像关于\(y\)轴对称”,
那么其否定应该是“如果一个函数是偶函数,则其图像不关于\(y\)轴对称”,
即所有偶函数的图像都不关于\(y\)轴对称,则选项\(A\)正确,这个理解是错误的,
以\(n\)个偶函数为例,每一个函数关于\(y\)轴的对称情况,自然分为两种情形:对称和不对称,
那么所有的情形应该有\(2^n\)种,则都关于\(y\)轴对称,只是其中的一种情形,
都不关于\(y\)轴对称的情形,也只是其中的一种情形,
那么要否定都关于\(y\)轴对称,其否定应该包含\(2^n-1\)种,
即应该用不都关于\(y\)轴对称来否定,而不是用都不关于\(y\)轴对称来否定,
这样选项\(A\)是错误的;
我们也可以用“两个数都是偶数”的否定来理解,其反面包含一奇一偶,一偶一奇,两个奇数共三种情形\(2^2-1\),
都不是偶数只包含两个奇数这一种情形,不都是偶数包含有一奇一偶,一偶一奇,两个奇数三种情形;
②偶函数的图像都关于\(y\)轴对称,真命题;关于\(y\)轴对称的都是偶函数,假命题;
由于有些图形虽然关于\(y\)轴对称,但是其可能不是函数,比如\(x^2+y^2=1\),只能称作曲线,不能称作函数;
若改写为关于\(y\)轴对称的函数都是偶函数,这时就是真命题;