本题导读
本题考查复数集非空子集“封闭集”的新定义,要求通过代数运算验证加、减、乘的封闭性,并利用反例判定命题真伪。
📌【题干】
Question
(2010年四川卷(理)) 16. 设 为复数集 的非空子集. 若对任意 ,都有 ,则称 为封闭集. 下列命题: ① 集合 为封闭集; ② 若 为封闭集,则一定有 ; ③ 封闭集一定是无限集; ④ 若 为封闭集,则满足 的任意集合 也是封闭集. 其中真命题是.(写出所有真命题的序号)
🔍【思路分析】
破题导航
- 验证 ①:任取 ,验证加、减、乘的结果是否仍可写成“整数 + 整数”的形式(高斯整数环)。
- 验证 ②:由于 非空,至少存在元素 ,取 ,则 必成立。
- 验证 ③(反例):思考是否存在包含有限个元素的封闭集。考虑单元素集合 ,验证 ,满足定义且为有限集。
- 验证 ④(反例):考虑扩大包含封闭集的集合 是否仍封闭。例如 是封闭集,扩大为 ,因 ,故 不封闭。
✅【答案】
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①②
✍【详细解析】
Abstract
逐一分析各命题:
对于 ①: 设 ,其中 。
加法:,因为 ,所以 ;
减法:,因为 ,所以 ;
乘法:,因为 ,所以 。 满足封闭集定义,① 为真命题。
对于 ②: 因为 是非空子集,所以存在至少一个元素 。 在封闭集定义中取 ,由减法封闭性可得: 即任何封闭集必包含元素 ,② 为真命题。
对于 ③: 构造反例:设集合 。 由于 为非空集,对 中唯一的元素 :
;
;
。 所以 是封闭集,但 为有限集。 故“封闭集一定是无限集”说法错误,③ 为假命题。
对于 ④: 构造反例:取封闭集 ,设集合 。 显然 。 然而在 中,取 ,则 。 所以 不是封闭集。 故“任意集合 也是封闭集”说法错误,④ 为假命题。
综上所述,真命题的序号为 ①②。
故答案为:①②
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:集合的“封闭”新定义与反例构造法。
- 核心方法:
- 证明全称命题用代数推理(如 ①、②);
- 否定全称命题举特例(如用 否定 ③,用 否定 ④)。
- 避坑指南:第 ② 问注意已知“ 为非空子集”,故必有元可取;第 ③ 问切勿忽略零单元素集合 。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:源于高等代数中的“代数结构(环/域)的封闭性”。高斯整数集 为典型的加减乘封闭环。
- 结论推广:对非空复数子集 ,若对加减乘封闭,则 恒成立;若还包含非零元素 ,则包含全部整数集 。
🔗【关联脉络】
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