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人教课标版高中数学必修1《集合的基本运算(第2课时)》教学设计

来源:华佗健康网
1.1.3 集合的基本运算(第二课时)(胡琦)

一、教学目标 (一)核心素养

通过这节课的学习,理解全集与补集的概念,理解在给定集合中一个子集的补集的含义,

会求给定子集的补集,能使用Venn图表达集合的运算,体会直观想象对理解抽象概念的作用,培养学生的应用意识与创新意识. (二)学习目标

1.理解集合全集的概念.

2.理解在给定集合中一个子集的补集的含义,会求给定子集的补集. 3.能使用Venn图表达集合的关系及运算.

(三)学习重点

1.全集与补集的概念.

2.理解在给定集合中一个子集的补集的含义.

(四)学习难点

1.会求给定子集的补集.

2.对Venn图表达集合的关系及运算的正确使用.

二、教学设计 (一)课前设计

1.预习任务

(1)读一读:阅读教材第10页至第11页. (2)练一练:

全集的定义:

如果集合含有我们所要研究的各个集合的全部元素,这个集合就可以看成一个全集,全集通常用符号U表示.

补集的三种语言:

① 文字语言:设U是一个集合,A是U的一个子集(即A⊆U),由U中所有不属于A的元素组成的集合,叫做U中子集A的补集.

② 符号语言:CUA={x|x∈U,且x∉A}. ③ 图形语言:

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A U 2.预习自测

(1)设U={1,2,3},A={2,3},求CUA=( )

A.{1} B.{2} C.{2,3} D.{1,2,3} 【答案】A.

(2)设U={1,2,3,4},A={2,3},B={3,4,5},求CU(AB)=( )

A.{1,2,3} 【答案】C.

(3)设U={1,2,3,4,5},A={2,3},B={3,4,5},求CU(AB)=( )

A.{1,2}

【答案】C.

B.{4,5}

C.{1}

D.{4,5},

B.{4,5}

C.{1,2,4}

D.{1,4,5},

(二)课堂设计 1.知识回顾

(1)元素与集合的关系:如果a是集合A中的元素,就说a属于集合A,记作a∈A;如

果a不是集合A中的元素,就说a不属于集合A,记作aA.

(2)集合间的基本关系:如果集合A中任意一个元素都是集合B中的元素,我们就说这

两个集合有包含关系,称集合A为集合B的子集,记作AB; 若集合A与集合B的元素是一样的,称集合A与集合B相等;

若集合A是集合B的子集,且集合A不等于集合B,则集合A是集合B的真子集; 把不含任何元素的集合叫做空集.

(3)由所有属于集合A或属于集合B的元素所组成的集合,叫做A与B的并集,记为A

∪B;

由所有属于集合A且属于集合B的元素所组成的集合,叫做A与B的交集,记为A∩B.

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2.问题探究

探究一 明确研究范围,认识全集★ ●活动① 通过练习例题,回顾所学旧知

之前,我们已经学过集合的交集、并集运算.我们来看下面的例题: A.{1,2,3,4,5} B.{2,3,4} C.{1,2,4} 【答案】A.

D.{2,3,5}

(1)已知A={1,2,3,4},B={2,3,4,5},则A∪B=( )

(2)已知集合A={x|-5<x<2},B={x|-3<x<3},则A∩B=( )

A.{x|-3<x<2}

B.{x|-5<x<2}

C.{x|-3<x<3} D.{x|-5<x<3} 【答案】A.

(3)设集合M={1,2,4,8},N={x|x是2的倍数},则M∩N=( )

A.{2,4} C.{2,4,8} 【答案】C.

注意在求集合并集时注意集合中元素的互异性,并集对应着“或”,交集对应着“且”. 【设计意图】通过实际例题,考查学生对已学知识点的掌握情况,为认识全集与学习集合间的补集运算打下基础.

●活动② 明确研究范围,认识全集

在研究问题时,我们经常需要确定研究对象的范围.

B.{1,2,4} D.{1,2,8}

例如,从小学到初中,数的研究范围逐步地由自然数到正分数,再到有理数,引进无理数后,数的研究范围扩充到实数.在高中阶段,数的研究范围将进一步扩充.在不同范围内研究同一个问题可能有不同的结果.

考查方程x2x230在下面范围内的解集. (1)有理数范围; (2)实数范围.

学生自行求解这个问题,发现在有理数范围内只有一个解,即

xQx2x302;

2 在实数范围内有三个解,即

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xRx2x302,23,3

x的不同取值范围对方程的解集结果有什么影响?(抢答) 范围不同,同一个问题所解得的最后的结果也不同. 教师根据学生的回答,适时引入全集的概念.

一般地,如果一个集合含有我们所研究问题中涉及的所有元素,那么就称这个集合为全集,通常记作U.

如何理解全集的相对性?

全集具有相对性,是相对于我们研究的问题而言的一个概念.如:小学数学研究的问题常在有理数集内,则有理数集是全集.初中代数研究的问题常在实数集内,则实数集就是全集.

【设计意图】通过研究方程在不同范围内解的不同,引出集合全集的概念,为后面学习补集的定义打下基础.

探究二 探究集合的补集运算★▲ ●活动① 通过实例、探究补集概念★

考查下面的问题,集合A,B与集合U之间有什么关系?

A={1,3,5},B={2,4,6},U={1,2,3,4,5,6};

一般地,对于一个集合A,由全集U中不属于集合A的所有元素组成的集合A的补集,记

作:CUA

根据补集的定义,能否像并集和交集运算一样用数学语言及图形语言(Venn图)表示出来? 数学语言表示: CUA=﹛x|x∈U,且xA}. 图形语言(Venn图)表示:

A U 给定集合A,它的补集唯一吗?为什么?(抢答)

补集是相对于全集的概念,全集若不同,则相应的补集也不一样.

通过刚才的实例探究,同学们发现A,CUA,U有着什么关系?(抢答)

全集U是由集合A与补集CUA中所有的元素组成的,且AU,CUAU.

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如何理解CUA?

① A是U的一个子集,即A⊆U,A可以是,也可以是U. ② CUA表示一个集合,且CUA⊆U. ③ CUA与A之间没有公共元素.

④ U中的元素各自分布在CUA和A中,非此即彼,互不相容.

【设计意图】通过实例,引出集合补集的概念,并通过提问抢答的方式,理解补集与全集的关系以及在给定集合中一个子集的补集的含义,并复习之前所学的集合间的基本关系. ●活动② 根据补集概念,探究补集的性质

集合A为任意一个给定的集合,可将集合A作为特殊的全集U,空集以及补集CUA,可得补集的三条性质:

(1)CU=U;(2)CUU;(3)CUCUAA. 【设计意图】探究补集性质,加深对补集概念的理解.

●活动③ 通过实例,会求一个子集的补集▲

(1)设U={x| x是小于9的正整数},A={1,2,3},B={3,4,5,6},求CUA、CUB. 解:根据题意可知,U={1,2,3,4,5,6,7,8 },所以 CUA={4,5,6,7,8}, CUB={1,2,7,8}.

(2)将(1)中的U={x| x是小于9的正整数}改成U={x| x是小于10的非负整数},求CUA、

CUB.

解:根据题意可知,U={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9},所以 CUA={0,4,5,6,7,8,9}, CUB={0,1,2,7,8,9}.

【设计意图】通过实例,加深理解在给定集合中一个子集的补集的含义,并会求所给集合的补集.

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探究三 使用Venn图表达集合的关系及运算▲

●活动① 应用Venn图探究集合的运算(反演律) (1)CUABCUACUB;

(2)CUABCUACUB.

教师给出反演律后,可有学生自主画出Venn理解并给予证明,培养学生的动手能力. 【设计意图】通过Venn图探究集合交并补三种运算之间的关系,体会直观想象对理解抽象概念的作用.

●活动② 巩固基础,检查反馈

例1 (1)设全集U=R,集合A={x|2<x≤5},则CUA=________.

(2)已知U={x|-5≤x<-2或2<x≤5,x∈Z},A={x| x2-2x-15=0},B={-3,3,

4},则CUA=________, CUB=________.

【知识点】补集及其运算,Venn图表达集合的关系及运算. 【数学思想】数形结合思想.

【解题过程】(1)用数轴表示集合A为图中阴影部分,故CUA={x| x≤2或x >5}.

(2)可用Venn图表示,如下图.

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则CUA={-5,-4,3,4},CUB={-5,-4,5}. 【思路点拨】求集合补集处理技巧:

① 当集合用列举法表示时,可借助Venn图求解.

②当集合是用描述法表示的连续数集时,可借助数轴,利用数轴分析求解. 【答案】 (1) CUA={x| x≤2或x >5}.

(2) CUA={-5,-4,3,4},CUB={-5,-4,5}.

同类训练

(1)设全集U={x∈N| x≥2},集合A={ x∈N| x2≥5},则CUA=( ) A. B.{2} C.{5}

D.{2,5}

(2)已知U={x|1≤x≤5},A={x|1≤x<a},若CUA={x|2≤x≤5},则a=________.

【知识点】补集及其运算. 【数学思想】

【解题过程】(1)由题意知集合A={x∈N| x≥5},则CUA={2}.

(2)∵A∪CUA=U,且A∩CUA,∴A={x|1≤x<2},∴a=2.

【思路点拨】当已知集合较复杂时应化简后再求补集,正确运用补集的性质. 【答案】(1) B;(2) 2.

例2 设U=R,已知集合A={x|-5<x<5},B={ x |0≤x<7},求: (1) A∩B;(2)A∪B;(3)A∪(CUB);(4)B∩(CUA);(5)(CUA)∩(CUB).

【知识点】交、并、补集的混合运算,Venn图表达集合的关系及运算,子集与交集、并集

运算的转换.

【数学思想】数形结合思想. 【解题过程】作出数轴表示两个集合:

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(1) 根据图形知:A∩B={x|0≤x<5}; (2) 根据图形知:A∪B={x|-5<x<7}.

(3)

CUB={x|x<0或x≥7},A∪(CUB)={x|x<5或x≥7}.

(4)

CUA={x|x≤-5或x≥5},B∩(CUA)={x|5≤x<7}.

(5)CUACUBCUAB={x|x≤-5或x≥7}.

【思路点拨】数轴法要注意各个端点的画法;注意A决定端点的去向.

CUAU,ACUA,从而

【答案】(1) {x|0≤x<5};(2) {x|-5<x<7};(3) {x|x<5或x≥7};(4) {x|5≤x<7};(5) {x|x≤

-5或x≥7}.

同类训练 已知集合A={x|-1<x≤4},M={x|-3≤x≤7},S={x|-1≤x≤8},则CMA=________,

CSA=_______,M∩(CRA)=________;A∪(CRA)=________.

【知识点】交、并、补集的混合运算,子集与交集、并集运算的转换. 【数学思想】数形结合思想.

【解题过程】在数轴上分别画出集合A、M、S,认清全集与所给子集,根据补集的定义求

出所给子集的补集.

【思路点拨】会求给定集合中一个子集的补集,注意运用数轴法时端点处的取值. 【答案】{x|-3≤x≤-1或4<x≤7};{x|x=-1或4<x≤8};{x|-3≤x≤-1或4<x≤7};{x|x<-1或-1<x≤4或x>8}.

【设计意图】巩固检查集合的全集与补集的概念,熟练应用数轴法与Venn图求集合交、

并、补集的混合运算.

●活动③ 强化提升、灵活应用

例3 已知全集U,M,N是U的非空子集,且CUMN,则必有( )

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A.M ⊆CUN B.MCUN C.CUM=CUN D.M=N

【知识点】Venn图表达集合的关系及运算.

【数学思想】数形结合思想.

【解题过程】由图可知M ⊆CUN.要注意:由已知有可能出现M=CUN.因此有可能M=CUN.

【思路点拨】这里M与N是两个抽象的集合,因此经过补集运算后,它们之间的关系就

更加抽象了,而这时用韦恩图法,则使问题变得形象、直观起来.

【答案】A.

同类训练 设全集U≠,已知集合M,P,S之间满足关系,M=CUP,P=CUS,则集合M与S之间的正确关系是( )

A.M=CUS B.M=S C.S ⊆M 【知识点】Venn图表达集合的关系及运算.

【数学思想】数形结合思想.

【解题过程】画出满足M=CUP,P=CUS的Venn图,由图观察集合M与S之间的关系. 【思路点拨】研究抽象集合的关系问题,可以利用集合的韦恩图去分析,在作图的时候要

D.SM

设法将所有可能的情况都考虑进去,以防因思虑不全面和由局部图形的先入为主而导致解题的失误.

【答案】B.

【设计意图】提高学生运用Venn图表达集合的关系及运算的能力,培养学生数形结合的

思想. 3. 课堂总结

知识梳理 (1)全集的概念.

一般地,如果一个集合含有我们所研究问题中涉及的所有元素,那么就称这个集合为全集,通常记作U.

全集具有相对性,是相对于我们研究的问题而言的一个概念.如:小学数学研究的问题常

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在有理数集内,则有理数集是全集.初中代数研究的问题常在实数集内,则实数集就是全集.通常也把给定集合的集合叫做全集. (2)补集的概念.

一般地,对于一个集合A,由全集U中不属于集合A的所有元素组成的集合A的补集,记作:CUA,即

CUA={x|x∈U,且xA }.

可用Venn图来表示:

补集是相对于全集的概念,全集若不同,则相应的补集也不一样. (3)补集的性质.

U A U =U;②

UUU=;③

U(

UA)=A.

U④反演律:

重难点归纳

(A∪B)=(CUA)∩(CUB);(A∩B)=(CUA)∪(CUB).

(1)理解全集与补集的概念,理解全集具有相对性,补集是相对于全集的概念,全集若

不同,则相应的补集也不一样,理解在给定集合中一个子集补集的含义,且A

CUAU.

(2)会应用数轴法求交、并、补集的混合运算,并进行补集与交集、并集运算的转换,

注意运用数轴法时端点处的取值.

(3)学会应用Venn图表达集合的关系与运算,在作图的时候要设法将所有可能的情况都考虑进去,避免先入为主的观念.

(三)课后作业 基础型 自主突破

1.已知U={1,3},A={1,3},则A.{1,3}

UA=( )

B.{1}

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C.{3}

【知识点】补集及其运算.

【数学思想】

【解题过程】集合A=U,因此

UD.

U=.

【思路点拨】根据集合补集的概念进行判断. 【答案】D.

2.设全集U={x∈N*| x<6},集合A={1,3},B={3,5},则A.{1,4} B.{1,5} C.{2,4} 【知识点】交、并、补集的混合运算.

U(A∪B)=( )

D.{2,5}

【数学思想】

【解题过程】先算出A∪B,在根据补集的定义,求出【思路点拨】根据集合并集与补集的概念进行判断. 【答案】C.

3.设全集U={1,2,3,4,5},集合A={1,2,3},集合B={3,4,5},则(

UU(A∪B).

A)∪(

UB)

=( )

A.{1,2,3,4,5} B.{3} C.{1,2,4,5} D.{1,5} 【知识点】交、并、补集的混合运算.

【数学思想】

【解题过程】U(A∩B)=(

UA)∪(

UB),故先算出A∩B,在根据补集的定义,求出

U(A∩

B).

【思路点拨】先运用反演律化简,再根据集合并集与补集的概念进行判断. 【答案】C.

4.若集合A={x|-1≤x≤2},B={ x | x<1},则A∩(

RB)=( ) D.{ x |1≤x≤2}

A.{ x | x>1} B.{ x | x≥1} C.{ x |1<x≤2}

【知识点】交、并、补集的混合运算. 【数学思想】数形结合思想

【解题过程】在数轴上分别表示出集合A,【思路点拨】将符号语言转化为图形语言.

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RB,由图形语言解决问题.

【答案】D.

5.设P={x︱x<4},Q={ x︱x2<4},则( ) A.P⊆Q B.Q⊆P C.P⊆【知识点】补集及其运算.

RQ D.Q⊆

RP

【数学思想】数形结合思想

【解题过程】在数轴上分别表示出集合P,Q,

RQ,

RP,由图形语言解决问题.

【思路点拨】将符号语言转化为图形语言,根据集合补集的概念进行判断. 【答案】B.

6.设全集U={2,3,5},A={2,|a-5|},

UA={5},则a的值为( )

A.2 B.8 C.2或8 D.-2或8

【知识点】补集及其运算. 【数学思想】 【解题过程】

UA={5}包含两层意义,①5∉ A;②U中除5以外的元素都在A中.∴|a-

5|=3,解得a=2或8.

能力型 师生共研

7.设A={x|| x |<2},B={ x | x>a},全集U=R,若A⊆A.a=0 B.a≤2 C.a≥2 D.a<2

【知识点】补集及其运算. 【数学思想】数形结合思想. 【解题过程】A={x|-2<x<2},

RR【思路点拨】根据集合补集的概念进行判断. 【答案】C.

B,则有( )

B={x| x≤a},在数轴上把A,B表示出来.

【思路点拨】将集合化简后再进行运算. 【答案】C.

8.集合A含有10个元素,集合B含有8个元素,集合A∩B含有3个元素,则集合A∪B

有________个元素.

【知识点】Venn图表达集合的关系及运算,交、并、补集的混合运算.

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【数学思想】数形结合思想

【解题过程】由A∩B含有3个元素知,仅有3个元素相同,根据集合元素的互异性,集

合的元素个数为10+8-3=15,或直接利用Venn图得出结果.

【思路点拨】利用集合交、并、补集的概念及Venn图得出结果. 【答案】15.

探究型 突破

9.全集U={2,0,3-a2},P={2,a 2-a-2}且【知识点】补集及其运算. 【数学思想】

【解题过程】∵U={2,0,3-a2},P={2,a 2-a-2},

23a1∴2,解得a=2. aa20UP={-1},求实数a.

UP={-1},

【思路点拨】集合补集的概念构造不等式组,并进行求解. 【答案】2.

10.某班共30人,其中15人喜爱篮球运动,10人喜爱乒乓球运动,8人对这两项运动都

不喜爱,则喜爱篮球运动但不喜爱乒乓球运动的人数为________.

【知识点】Venn图表达集合的关系及运算. 【数学思想】数形结合思想.

【解题过程】画出满足上述条件的Venn图,由补集的定义可得喜爱篮球运动但不喜爱乒乓球运动的人数为12人. 自助餐

1.已知全集U={0,1,2}且

U【思路点拨】借助Venn图表达集合的关系及运算. 【答案】12.

A={2},则集合A的真子集的个数为( )

A.3 B.4 C.5 D.6 【知识点】补集及其运算.

【数学思想】

【解题过程】A={0,1},∴真子集的个数为22-1=3.

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【思路点拨】根据集合补集的概念求得A={0,1},再由真子集的概念得最后结果. 【答案】B.

2.如果U={1,2,3,4,5},A={1,3,4},B={2,4,5},那么(A. B.{1,3} C.{4} D.{2,5}

UA)∩(

UB)等于( )

【知识点】交、并、补集的混合运算. 【数学思想】 【解题过程】

UA={2,5},

UB={1,3},(

UA)∩(

UB)=.

【思路点拨】正确理解集合交、并、补集的概念.

【答案】A.

3.设全集U={1,2,3,4,5,6,7},P={1,2,3,4,5},Q={3,4,5,6,7},则P∩(

UQ)等于( )

B.{3,4,5} D.{1,2,3,4,5}

A.{1,2} C.{1,2,6,7}

【知识点】交、并、补集的混合运算. 【数学思想】 【解题过程】

UQ={1,2},∴P∩(

UQ)={1,2}.

【思路点拨】正确理解集合交、并、补集的概念. 【答案】A.

4.设全集U={1,2,3,4,5,6,7},集合A={1,3,5,7},B={3,5},则正确的

是( )

A.U=A∪B C.U=A∪(

UB.U=(D.U=(

UA)∪B A)∪(

UB)

UB)

【知识点】子集与交集、并集运算的转化. 【数学思想】 【解题过程】

UB={1,2,4,6,7},A∪(

UB)={1,2,3,4,5,6,7}.

【思路点拨】正确集合交、并、补集的概念. 【答案】C.

5.如果U={x∈N|x<6},A={1,2,3},B={2,4,5},那么(

UA)∪(

UB)=________.

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【知识点】交、并、补集的混合运算.

【数学思想】

【解题过程】U={x∈N|x<6}={0,1,2,3,4,5},∴

UUA={0,4,5},

UB={0,1,

3}.(

A)∪(

UB)={0,1,3,4,5}.

U【思路点拨】先将集合化简,求出【答案】{0,1,3,4,5}.

A,

UB,再求出两集合的并集.

6.设集合U={1,2,3,4},且A={x∈U| x2-5x+m=0},若【知识点】补集及其运算. 【数学思想】 【解题过程】 ∵

UUA={2,3},求m的值.

A={2,3},U={1,2,3,4},∴A={1,4},

即1,4是方程x2-5x+m=0的两根,故m=1×4=4.

数学视野

为数学而疯的康托尔

康托尔是19世纪末20世纪初德国伟大的数学家,集合论的创立者,是数学史上最富有想象力,最有争议的人物之一.他对数学的贡献是集合论和超穷数理论.

年轻的康托尔在27岁的时候,就在数学上表现出优秀的数学天赋,他用有理数列构造实数R,在数学发展历史上,这是“前无古人”的创意.

无穷理论的研究,在当时一直是一个世界性的难题,由于研究无穷时往往推出一些合乎逻辑的但又荒谬的结果,许多大数学家唯恐陷进去而采取退避三舍的态度.从1874年开始,康托尔向神秘的“无穷”宣战,他靠着辛勤的汗水,成功地证明了一条直线上的点能够和一个平面上的点一一对应,也能和空间中的点一一对应.这样看起来,1 厘米长的线段内的点与太平洋面上的点,以及整个地球内部的点都“一样多”.后来几年,康托尔对这类“无穷集合”问题发表了一系列文章,通过严格证明得出了许多惊人的结论.

【思路点拨】根据集合补集的定义求出m的值. 【答案】4.

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然而,康托尔在学术上的成就,在最开始,并没有得到同行的认可,尤其是当时欧洲最杰出的数学家之一,也是他的老师——克罗内克,早已流露过不满.1877年,康托尔将发现“所有连续的直线、平面或曲面都是相同等级的无穷”的论文,又投给了《克列尔杂志》.本来,杂志编辑同意发表,但克罗内克一再阻止,导致发表的时间拖到了第二年.

这个敏感而卑微的年轻人,面对权威的批评毫无回击之力,加上年轻的康托尔自己过激冲动的情绪.39岁的康托尔,经历了人生第一次精神崩溃,使康托尔曾一度患精神症,被送进精神病诊所.由于生性容易激动,这不仅加剧了他的病情,也让他失去了不少朋友. 在康托尔的余生中,多次遭受不同程度的精神崩溃.他不得不一次次出入精神病院.然而,这位伟大的数学家并没有因为自己患病而放弃对数学的探索,在精神状态好的时候,他完成了关于无穷理论的最好的那部分工作.

都说,真金不怕火炼,是金子总会发光的,在17 年举行的第一次国际数学家会议上,康托尔的思想终于大放光彩,他的成就得到承认.伟大的哲学家、数学家罗素称赞康托尔的工作“可能是这个时代所能夸耀的最巨大的工作”.希尔伯特(Hilbert David,1862.1.23-1943.2.14)高度赞誉康托尔的集合论“是数学天才最优秀的作品”,“是人类纯粹智力活动的最高成就之一”.在1900年第二届国际数学家大会上,希尔伯特高度评价了康托尔工作的重要性,并把康托尔的连续统假设列入20世纪初有待解决的23个重要数学问题之首.当康托尔的朴素集合论出现一系列悖论时,克罗内克的后继者布劳威尔(1881.2.27-1966.12.2)等人借此大做文章,希尔伯特用坚定的语言向他的同代人宣布:“没有任何人能将我们从康托尔所创造的伊甸园中驱赶出来”.

康托尔在数学上的功绩,以及敢于向无穷大冒险迈进的精神,不仅在当时影响引起巨大的反响,为如今数学理论的发展,做出了不朽的贡献.

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