本题导读

本题考查集合的新定义运算——集合的“和集”(闵可夫斯基和)。通过解析几何中的整点(格点)模型,将抽象的集合加法转化为坐标平面上点集的平移与覆盖问题,综合性较强。

📌【题干】

Question

(2015年湖北卷(理)) 已知集合 ,,定义集合 ,则 中元素的个数为 ()

A. 77       B. 49       C. 45       D. 30

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 理解新定义: 的元素是由 中的一个整点与 中的一个整点横纵坐标分别相加得到的新坐标点。
  2. 列举集合元素:
    • 集合 是单位圆内部及圆上的整点:。共 5 个点。
    • 集合 是边长为 4 的正方形区域内的整点:。共 个点。
  3. 确定结果范围:
    • 新点的横坐标 的取值范围:,,故 。
    • 同理,纵坐标 。
    • 所有的结果都包含在 的格点阵中。
  4. 排除无法生成的点:观察格点的边界情况。例如点 是否能生成? 要求 ; 要求 。但点 (因为 ),故 。

✅【答案】

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C

✍【详细解析】

Abstract

第一步:列出集合 A 和 B 的点集 集合 : 。 集合 : 。

第二步:分析 的边界 新生成的点 满足 。 最大范围是一个 的正方形点阵,总数为 个。 我们需要检查这个 点阵中哪些点不能由 和 中的点相加得到。

第三步:排除边缘顶点 考察点 : 若 ,唯一可能为 。 若 ,唯一可能为 。 则要求 。 但在集合 中,,所以 。 因此,点 无法生成。 同理,利用对称性,四个角点 都无法生成。

第四步:验证其他边缘点 考察点 : 令 ,。 则 。 考察点 : 令 ,。 则 。 经检验,除了四个顶点外,其余 范围内的点均可生成。

计数:。

故选:C。 ![](Pasted image 20260331094050.png)

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  • 核心考点:集合的新定义运算及其几何化展示。
  • 关键思维:
    1. 整体控制:先确定新点集的最大矩形范围。
    2. 局部排除:分析最极端的边界点是否满足构成条件。
  • 避坑指南:不要盲目地用 去计算,因为很多点是重合的。集合元素的互异性要求我们统计的是不同的坐标对。

📖【试题探源与推广】

Tip

  • 结论推广: 若集合 是半径为 的圆内整点, 是半径为 的圆内整点,则 趋向于半径为 的圆内整点(闵可夫斯基和性质)。
  • 方法推广: 处理此类问题,手绘一个小型的网格图并标出 的形状,然后想象这个形状在 的每个点上进行“平移覆盖”,所有覆盖到的点即为结果。
  • 相关知识点: 闵可夫斯基和、向量加法的几何意义、格点多边形面积(皮克定理)。

🔗【关联脉络】

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