2015-2016学年高中数学 第三章 数系的扩充与复数的引入(课件+习题)(打包12套)新人教A版选修1-2.zip

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- 1 -第三章 数系的扩充与复数的引入章末课时作业 新人教 A 版选修 1-2题型一 分类讨论思想的应用例 1 实数 k 为何值时,复数(1+i) k2-(3+5i) k-2(2+3i)满足下列条件?(1)是实数;(2)是虚数;(3)是纯虚数.- 2 -解 (1+i) k2-(3+5i) k-2(2+3i)=( k2-3 k-4)+( k2-5 k-6)i.(1)当 k2-5 k-6=0,即 k=6 或 k=-1 时,该复数为实数.(2)当 k2-5 k-6≠0,即 k≠6 且 k≠-1 时,该复数为虚数.(3)当Error!即 k=4 时,该复数为纯虚数.反思与感悟 当复数的实部与虚部含有字母时,利用复数的有关概念进行分类讨论.分别确定什么情况下是实数、虚数、纯虚数.当 x+ yi 没有说明 x, y∈R 时,也要分情况讨论.跟踪训练 1 (1)若复数( a2- a-2)+(| a-1|-1)i( a∈R)不是纯虚数,则( )A. a=-1 B. a≠-1 且 a≠2C. a≠-1 D. a≠2答案 C解析 若一个复数不是纯虚数,则该复数是一个虚数或是一个实数.当 a2- a-2≠0 时,已知的复数一定不是纯虚数,解得 a≠-1 且 a≠2;当 a2- a-2=0 且| a-1|-1=0 时,已知的复数也不是一个纯虚数,解得 a=2.综上所述,当 a≠-1 时,已知的复数不是一个纯虚数.(2)实数 x 取什么值时,复数 z=( x2+ x-6)+( x2-2 x-15)i 是:①实数;②虚数;③纯虚数;④零.解 ①当 x2-2 x-15=0,即 x=-3 或 x=5 时,复数 z 为实数;②当 x2-2 x-15≠0,即 x≠-3 且 x≠5 时,复数 z 为虚数;③当 x2+ x-6=0 且 x2-2 x-15≠0,即 x=2 时,复数 z 是纯虚数;④当 x2+ x-6=0 且 x2-2 x-15=0,即 x=-3 时,复数 z 为零.题型二 数形结合思想的应用例 2 已知等腰梯形 OABC 的顶点 A、 B 在复平面上对应的复数分别为1+2i,-2+6i, OA∥ BC.求顶点 C 所对应的复数 z.- 3 -解 设 z= x+ yi, x, y∈R,如图.∵ OA∥ BC,|OC|=| BA|,∴ kOA= kBC,|zC|=| zB- zA|,即Error!解得Error!或Error!.∵| OA|≠| BC|,∴ x2=-3, y2=4(舍去),故 z=-5.反思与感悟 数形结合既是一种重要的数学思想,又是一种常用的数学方法.本章中,复数本身的几何意义、复数的模以及复数加减法的几何意义都是数形结合思想的体现.它们得以相互转化.涉及的主要问题有复数在复平面内对应点的位置、复数运算及模的最值问题等.跟踪训练 2 已知复数 z1=i(1-i) 3.(1)求| z1|;(2)若| z|=1,求| z- z1|的最大值.解 (1)| z1|=|i(1-i) 3|=|i|·|1-i| 3=2 .2(2)如图所示,由| z|=1 可知, z 在复平面内对应的点的轨迹是半径为 1,圆心为 O(0,0)的圆,而 z1对应着坐标系中的点 Z1(2,-2).所以| z- z1|的最大值可以看成是点 Z1(2,-2)到圆上的点的距离的最大值.由图知| z- z1|max=| z1|+ r(r 为圆半径)=2 +1.2题型三 转化与化归思想的应用- 4 -例 3 已知 z 是复数, z+2i, 均为实数,且( z+ ai)2的对应点在第一象限,求实数 a 的z2- i取值范围.解 设 z= x+ yi(x, y∈R),则 z+2i= x+( y+2)i 为实数,∴ y=-2.又 = = (x-2i)(2+i)z2- i x- 2i2- i 15= (2x+2)+ (x-4)i 为实数,15 15∴ x=4.∴ z=4-2i,又∵( z+ ai)2=(4-2i+ ai)2=(12+4 a- a2)+8( a-2)i 在第一象限.∴Error!,解得 2a6.∴实数 a 的取值范围是(2,6).反思与感悟 在求复数时,常设复数 z= x+ yi(x, y∈R),把复数 z 满足的条件转化为实数x, y 满足的条件,即复数问题实数化的基本思想在本章中非常重要.跟踪训练 3 已知 x, y 为共轭复数,且( x+ y)2-3 xyi=4-6i,求 x, y.解 设 x= a+ bi(a, b∈R),则 y= a- bi.又( x+ y)2-3 xyi=4-6i,∴4 a2-3( a2+ b2)i=4-6i,∴Error!∴Error!或Error!或Error!或Error!∴Error!或Error!或Error!或Error!题型四 类比思想的应用复数加、减、乘、除运算的实质是实数的加减乘除,加减法是对应实、虚部相加减,而乘法类比多项式乘法,除法类比根式的分子分母有理化,只要注意 i2=-1.在运算的过程中常用来降幂的公式有(1)i 的乘方:i 4k=1,i 4k+1 =i,i 4k+2 =-1,i4k+3 =-i( k∈Z);- 5 -(2)(1±i)2=±2i;(3)设 ω =- ± i,12 32则 ω 3=1, ω 2= ,1+ ω + ω 2=0,ω= ω 2, ω 3n=1, ω 3n+1 = ω (ω ∈N *)等;1ω(4)( ± i)3=-1;12 32(5)作复数除法运算时,有如下技巧:= = =i,利用此结论可使一些特殊的计算过程简化.a+ bib- ai a+ biib- aii a+ biia+ bi例 4 计算:(1)(1-i)(- + i)(1+i);12 32(2) +( )2 006.- 23+ i1+ 23i 21- i解 (1)方法一 (1-i)(- + i)(1+i)12 32=(- + i+ i- i2)(1+i)12 32 12 32=( + i)(1+i)3- 12 3+ 12= + i+ i+ i23- 12 3+ 12 3- 12 3+ 12=-1+ i.3方法二 原式=(1-i)(1+i)(- + i)12 32=(1-i 2)(- + i)12 32=2(- + i)12 32=-1+ i.3(2) +( )2 006- 23+ i1+ 23i 21- i= +- 23+ ii1+ 23ii 21 003- 2i1 003= -- 23+ iii- 23 1i1 003- 6 -=i- =i-i=0.1- i反思与感悟 复数的运算可以看作多项式的化简,加减看作多项式加减,合并同类项,乘法和除法可看作多项式的乘法.跟踪训练 4 计算: + - .2+ i1- i21- 2i 1- i- 1+ i2i5 1- i2 0111- i解 + -2+ i1- i21- 2i 1- i- 1+ i2i5 1- i2 0111- i= + -2+ i·- 2i1- 2i 1- i- 2ii 1+ i1- i= + -2- 4i1- 2i 1- 3ii 1+ i22=2-(i+3)-i=-1-2i.- 1 -第三章 数系的扩充与复数的引入 3.2.2 复数课时作业 新人教 A 版选修 1-2明目标、知重点 1.巩固复数的概念和几何意义.2.理解并能进行复数的四则运算并认识复数加减法的几何意义.1.复数的四则运算,若两个复数 z1= a1+ b1i, z2= a2+ b2i(a1, b1, a2, b2∈R)(1)加法: z1+ z2=( a1+ a2)+( b1+ b2)i;(2)减法: z1- z2=( a1- a2)+( b1- b2)i;(3)乘法: z1·z2=( a1a2- b1b2)+( a1b2+ a2b1)i;(4)除法: = + i(z2≠0);z1z2 a1a2+ b1b2a2+ b2 a2b1- a1b2a2+ b2(5)实数四则运算的交换律、结合律、分配律都适合于复数的情况;(6)特殊复数的运算:i n(n 为正整数)的周期性运算;(1±i)2=±2i;若 ω =- ± i,则 ω 3=1,1+ ω + ω 2=0.12 322.共轭复数与复数的模(1)若 z= a+ bi,则 = a- bi, z+ 为实数, z- 为纯虚数( b≠0).z z z(2)复数 z= a+ bi 的模,| z|= ,a2+ b2且 z· =| z|2= a2+ b2.z3.复数加、减法的几何意义(1)复数加法的几何意义- 2 -若复数 z1、 z2对应的向量 、 不共线,则复数 z1+ z2是以 、 为两邻边的平行四边OZ1→ OZ2→ OZ1→ OZ2→ 形的对角线 所对应的复数.OZ→ (2)复数减法的几何意义复数 z1- z2是连接向量 、 的终点,并指向 Z1的向量所对应的复数.OZ1→ OZ2→ 题型一 复数的四则运算例 1 (1)计算: + 2 012+- 23+ i1+ 23i ( 21+ i);4- 8i2- - 4+ 8i211- 7i(2)已知 z=1+i,求 的模.z2- 3z+ 6z+ 1解 (1)原式= + 1 006+i1+ 23i1+ 23i [( 21+ i)2]4- 8i+ 8i- 44- 8i+ 4- 8i11- 7i=i+(-i) 1 006+0=-1+i.(2) = = =1-i,z2- 3z+ 6z+ 1 1+ i2- 31+ i+ 62+ i 3- i2+ i∴ 的模为 .z2- 3z+ 6z+ 1 2反思与感悟 复数的除法运算是复数运算中的难点,如果遇到( a+ bi)÷(c+ di)的形式,首先应该写成分式的形式,然后再分母实数化.跟踪训练 1 (1)已知 =2+i,则复数 z 等于( )z1+ iA.-1+3i B.1-3iC.3+i D.3-i答案 B解析 方法一 ∵ =2+i,z1+ i∴ =(1+i)(2+i)=2+3i-1=1+3i,z∴ z=1-3i.方法二 设 z= a+ bi(a, b∈R),- 3 -∴ = a- bi,z∴ =2+i,∴Error!, z=1-3i.a- bi1+ i(2)i 为虚数单位,则 2 011等于( )(1+ i1- i)A.-i B.-1 C.i D.1答案 A解析 因为 = =i,1+ i1- i 1+ i21- i2所以 2 011=i 2 011=i 4×502+3 =i 3=-i,故选 A.(1+ i1- i)题型二 复数的几何意义例 2 已知点集 D={ z||z+1+ i|=1, z∈C},试求| z|的最小值和最大值.3解 点集 D 的图象为以点 C(-1,- )为圆心,1 为半径的圆,圆上任一点 P 对应的复数为 z,则| |=| z|.3 OP→ 由图知,当 OP 过圆心 C(-1,- )时,与圆交于点 A、 B,则| z|的最小值是3|OA|=| OC|-1= -1=2-1=1,即| z|min=1;- 12+ - 32|z|的最大值是| OB|=| OC|+1=2+1=3,即| z|max=3.反思与感悟 复数和复平面内的点,以原点为起点的向量一一对应;复数加减法符合向量运算的平行四边形法则和三角形法则:| z1- z2|表示复数 z1, z2对应的两点 Z1, Z2之间的距离.跟踪训练 2 已知复数 z1, z2满足| z1|=3,| z2|=5,| z1- z2|= ,求| z1+ z2|的值.10解 如图所示,设 z1, z2对应点分别为 A, B,以 , 为邻边作▱ OACB,则 对应的复数为OA→ OB→ OC→ z1+ z2.这里| |=3,| |=5,| |= .OA→ OB→ BA→ 10- 4 -∴cos ∠ AOB=|OA→ |2+ |OB→ |2- |BA→ |22|OA→ ||OB→ |= = .32+ 52- 102×3×5 45∴cos ∠ OBC=- .45又| |=| |=3,BC→ OA→ ∴| z1+ z2|=| |OC→ = |OB→ |2+ |BC→ |2- 2|OB→ ||BC→ |cos ∠ OBC= .58题型三 两个复数相等例 3 设复数 z 和它的共轭复数 满足 4z+2 =3 +i,求复数 z.z z 3解 设 z= a+ bi(a, b∈R).因为 4z+2 =3 +i,z 3所以 2z+(2 z+2 )=3 +i.z 32z+2 =2( a+ bi)+2( a- bi)=4 a,z整体代入上式,得 2z+4 a=3 +i.3所以 z= + .33- 4a2 i2根据复数相等的充要条件,得Error!解得Error!所以 z= + .32 i2反思与感悟 两个复数相等是解决复数问题的重要工具. “复数相等”可以得到两个实数等式,为应用方程思想提供了条件,常用于确定系数,解复数方程等问题.跟踪训练 3 关于 x 的方程 x2+(3+2i) x+3 ai=0 有非零实根,求实数 a 的值及方程的实数根.解 设方程的实数根为 b(b≠0),代入方程 x2+(3+2i) x+3 ai=0,化为 b2+3 b+(2 b+3 a)i=0.所以Error!已知 b≠0,解得 b=-3, a=2.故实数 a 的值及方程的实数根分别为 2 和-3.- 5 -1.若 z∈C,且| z+2-2i|=1,则| z-2-2i|的最小值是( )A.2 B.3 C.4 D.5答案 B2.已知复数 z=1+ ,则 1+ z+ z2+…+ z2 014为( )2i1- iA.1+i B.1-iC.i D.1答案 C3.设复数 z 满足关系: z+| |=2+i,那么 z 等于( )zA.- +i B. +i34 34C.- -i D. -i34 34答案 B解析 设 z= a+ bi(a, b∈R),由已知 a+ bi+ =2+ia2+ b2由复数相等可得Error!,∴Error!,故 z= +i.344.已知 z1=1+2i, z2= m+( m-1)i,且两复数的乘积 z1z2的实部和虚部为相等的正数,则实数 m 的值为________.答案 34解析 z1z2=(1+2i)[ m+( m-1)i]=[ m-2( m-1)]+[2 m+( m-1)]i=(2- m)+(3 m-1)i,所以 2- m=3 m-1,即 m= ,且能使 2- m=3 m-10,满足题意.345.设复数 z=1+i,且 =1-i,求实数 a, b 的值.z2+ az+ bz2- z+ 1解 因为 z=1+i,所以 z2+ az+ b=( a+2)i+ a+ b, z2- z+1=i,所以 =z2+ az+ bz2- z+ 1=( a+2)-( a+ b)i.a+ b+ a+ 2ii又 =1-i.z2+ az+ bz2- z+ 1- 6 -所以Error!解得Error![呈重点、现规律]1.复数的四则运算按照运算法则和运算律进行运算,其中除法运算的关键是将分母实数化;2.复数的几何意义是数形结合思想在复数中的一大体现;3.利用两个复数相等可以解决求参数值(或范围)和复数方程等问题.一、基础过关1.复数 + 的虚部是( )1- 2+ i 11- 2iA. i B. 15 15C.- i D.-15 15答案 B解析 + = + =- + i.故选 B.1- 2+ i 11- 2i - 2- i5 1+ 2i5 15 152.复数 的共轭复数是( )2+ i1- 2iA.- i B. i35 35C.-i D.i答案 C3.若( m2-5 m+4)+( m2-2 m)i0,则实数 m 的值为( )A.1 B.0 或 2 C.2 D.0答案 D解析 由Error!,得 m=0.4.设 a, b∈R 且 b≠0,若复数( a+ bi)3是实数,则( )A. b2=3 a2 B. a2=3 b2C. b2=9 a2 D. a2=9 b2答案 A解析 若( a+ bi)3=( a3-3 ab2)+(3 a2b- b3)i 是实数,则 3a2b- b3=0.由 b≠0,得 b2=3 a2.故选 A.- 7 -5.设 i 是虚数单位,复数 为纯虚数,则实数 a 为( )1+ ai2- iA.2 B.-2C.- D.12 12答案 A解析 设 = bi(b∈R 且 b≠0),则 1+ ai= bi(2-i)= b+2 bi,1+ ai2- i所以 b=1, a=2.故选 A.6.复平面内点 A、 B、 C 对应的复数分别为 i、1、4+2i,由 A→ B→ C→ D 按逆时针顺序作平行四边形 ABCD,则| |等于( )BD→ A.5 B. 13C. D.15 17答案 B解析 设 D 点对应复数为 z,∵ = ,AB→ DC→ ∴1-i=- z+(4+2i),∴ z=3+3i,∴ 对应的复数为 2+3i,∴| |= .BD→ BD→ 137.已知 a∈R,则 z=( a2-2 a+4)-( a2-2 a+2)i 所对应的点在第几象限?复数 z 对应的点的轨迹是什么?解 由 a2-2 a+4=( a-1) 2+3≥3,-( a2-2 a+2)=-( a-1) 2-1≤-1,∴复数 z 的实部为正数,虚部为负数,因此,复数 z 的对应点在第四象限.设z= x+ yi(x、 y∈R),则Error!消去 a2-2 a 得: y=- x+2( x≥3).∴复数 z 的对应点的轨迹是一条射线,方程为 y=- x+2( x≥3).二、能力提升8.在复平面内,复数(2-i) 2对应的点位于( )A.第一象限 B.第二象限C.第三象限 D.第四象限答案 D解析 (2-i) 2=4-4i+i 2=3-4i,∴对应点坐标(3,-4),位于第四象限.9.设 i 是虚数单位. 是复数 z 的共轭复数.若 z· i+2=2 z,则 z 等于( )z zA.1+i B.1-i C.-1+i D.-1-i答案 A- 8 -解析 设 z= a+ bi, a, b∈R代入 z· i+2=2 z,整理得:( a2+ b2)i+2=2 a+2 biz则Error!解得Error!因此 z=1+i.10.已知复数 z= ,其中 i 是虚数单位,则| z|=________.2- i1- i答案 10211.已知复数 z= (i 是虚数单位),则| z|=________.5i1+ 2i答案 5解析 | z|= = = = .|5i1+ 2i| |5i||1+ 2i| 55 512.设复数 z= ,若 z2+ a·z+ b=1+i,求实数 a, b 的值.1+ i2+ 31- i2+ i解 z= = =1+ i2+ 31- i2+ i 2i+ 3- 3i2+ i 3- i2+ i= =1-i.3- i2- i5因为 z2+ a·z+ b=1+i,所以(1-i) 2+ a(1-i)+ b=1+i.所以( a+ b)-( a+2)i=1+i.所以Error!解得 a=-3, b=4.即实数 a, b 的值分别是-3,4.13.在复平面内, O 是原点,向量 对应的复数是 2+i.OA→ (1)如果点 A 关于实轴的对称点为 B,求向量 对应的复数;OB→ (2)如果(1)中点 B 关于虚轴的对称点为 C,求点 C 对应的复数.解 (1)设所求向量 对应的复数为 z1= a+ bi(a, b∈R),则点 B 的坐标为( a, b).OB→ 已知 A(2,1),由对称性可知 a=2, b=-1.所以 对应的复数为 z1=2-i.OB→ (2)设所求点 C 对应的复数为 z2= c+ di(c, d∈R),则 C(c, d).由(1),得 B(2,-1).由对称性可知, c=-2, d=-1.故点 C 对应的复数为 z2=-2-i.- 9 -三、探究与拓展14.是否存在复数 z,使其满足 ·z+2i =3+ ai?如果存在,求实数 a 的取值范围;如果不z z存在,请说明理由.解 设 z= x+ yi(x, y∈R),则原条件等式可化为 x2+ y2+2i( x- yi)=3+ ai.由复数相等的充要条件,得Error!消去 x,得 y2+2 y+ -3=0.a24所以当 Δ =4-4 =16- a2≥0,(a24- 3)即-4≤ a≤4 时,复数 z 存在.故存在满足条件的复数 z,且实数 a 的取值范围为-4≤ a≤4.- 1 -3.2.2 复数代数形式的乘除运算明目标、知重点 1.掌握复数代数形式的乘法和除法运算.2.理解复数乘法的交换律、结合律和乘法对加法的分配律.3.理解共轭复数的概念.1.复数的乘法法则设 z1= a+ bi, z2= c+ di(a, b, c, d∈R),则 z1·z2=( a+ bi)(c+ di)=( ac- bd)+( ad+ bc)i.2.复数乘法的运算律对任意复数 z1、 z2、 z3∈C,有交换律 z1·z2= z2·z1结合律(z1·z2)·z3= z1·(z2·z3)乘法对加法的分配律 z1(z2+ z3)= z1z2+ z1z33.共轭复数如果两个复数满足实部相等,虚部互为相反数时,称这两个复数为共轭复数, z 的共轭复数用 表示.即 z= a+ bi,则 = a- bi.z z4.复数的除法法则设 z1= a+ bi, z2= c+ di(c+ di≠0),则 = = + i.z1z2 a+ bic+ di ac+ bdc2+ d2 bc- adc2+ d2[情境导学]我们学习过实数的乘法运算及运算律,那么复数的乘法如何进行运算,复数的乘法满足运算律么?探究点一 复数乘除法的运算思考 1 怎样进行复数的乘法?答 两个复数相乘,类似于两个多项式相乘,只要把已得结果中的 i2换成-1,并且把实部与虚部分别合并即可.- 2 -思考 2 复数的乘法与多项式的乘法有何不同?答 复数的乘法与多项式乘法是类似的,有一点不同即必须在所得结果中把 i2换成-1.例 1 计算:(1)(1-2i)(3+4i)(-2+i);(2)(3+4i)(3-4i);(3)(1+i) 2.解 (1)(1-2i)(3+4i)(-2+i)=(11-2i)(-2+i)=-20+15i;(2)(3+4i)(3-4i)=3 2-(4i) 2=9-(-16)=25;(3)(1+i) 2=1+2i+i 2=2i.反思与感悟 复数的乘法可以按多项式的乘法法则进行,注意选用恰当的乘法公式进行简便运算,例如平方差公式、完全平方公式等.跟踪训练 1 计算:(1)(2+i)(2-i);(2)(1+2i) 2.解 (1)(2+i)(2-i)=4-i 2=4-(-1)=5;(2)(1+2i) 2=1+4i+(2i) 2=1+4i+4i 2=-3+4i.思考 3 如何理解复数的除法运算法则?答 复数的除法先写成分式的形式,再把分母实数化(方法是分母与分子同时乘以分母的共轭复数,若分母是纯虚数,则只需同时乘以 i).例 2 计算:(1) + ;4- 3i4+ 3i 4+ 3i4- 3i(2)( )6+ .1+ i1- i 2+ 3i3- 2i解 (1)原式= + = + = + = ;4- 3i24+ 3i4- 3i 4+ 3i24- 3i4+ 3i 16- 9- 24i42+ 32 16- 9+ 24i42+ 32 7- 24i25 7+ 24i25 1425(2)方法一 原式=[ ]6+1+ i22 2+ 3i3+ 2i32+ 22=i 6+ =-1 +i.6+ 2i+ 3i- 65方法二 (技巧解法)原式=[ ]6+1+ i22 2+ 3ii3- 2ii=i 6+ =-1+i.2+ 3ii2+ 3i反思与感悟 复数的除法是分子、分母同乘以分母的共轭复数.- 3 -跟踪训练 2 计算:(1) ;(2) .7+ i3+ 4i - 1+ i2+ i- i解 (1) = = =1-i.7+ i3+ 4i 7+ i3- 4i3+ 4i3- 4i 25- 25i25(2) = = =-1-3i.- 1+ i2+ i- i - 3+ i- i - 3+ i·i- i·i探究点二 共轭复数及其应用思考 1 像 3+4i 和 3-4i 这样的两个复数我们称为互为共轭复数,那么如何定义共轭复数呢?答 一般地,当两个复数的实部相等,虚部互为相反数时,这两个复数叫做互为共轭复数.通常记复数 z 的共轭复数为 .虚部不等于 0 的两个共轭复数也叫做共轭虚数.z思考 2 复数 a+ bi 的共轭复数如何表示?这两个复数之积是实数还是虚数?答 复数 a+ bi 的共轭复数可表示为 a- bi,由于 (a+ bi)·(a- bi)= a2+ b2 ,所以两个共轭复数之积为实数.思考 3 共轭复数有哪些性质,这些性质有什么作用?答 (1)在复平面上,两个共轭复数对应的点关于实轴对称.(2)实数的共轭复数是它本身,即 z= ⇔z∈R,利用这个性质可证明一个复数为实数.z(3)若 z≠0 且 z+ =0,则 z 为纯虚数,利用这个性质,可证明一个复数为纯虚数.z思考 4 z· 与| z|2和| |2有什么关系?z z答 z· =| z|2=| |2.z z例 3 已知复数 z 满足| z|=1,且(3+4i) z 是纯虚数,求 z 的共轭复数 .z解 设 z= a+ bi(a, b∈R),则 = a- bi 且| z|= =1,即 a2+ b2=1.①z a2+ b2因为(3+4i) z=(3+4i)( a+ bi)=(3 a-4 b)+(3 b+4 a)i,而(3+4i) z 是纯虚数,所以 3a-4 b=0,且 3b+4 a≠0.②由①②联立,解得Error!或Error!所以 = - i,或 =- + i.z45 35 z 45 35反思与感悟 本题使用了复数问题实数化思想,运用待定系数法,化解了问题的难点.跟踪训练 3 已知复数 z 满足: z· +2i z=8+6i,求复数 z 的实部与虚部的和.z解 设 z= a+ bi(a, b∈R),则 z· = a2+ b2,z∴ a2+ b2+2i( a+ bi)=8+6i,即 a2+ b2-2 b+2 ai=8+6i,∴Error!,解得Error! ,∴ a+ b=4,- 4 -∴复数 z 的实部与虚部的和是 4.1.设复数 z 满足 iz=1,其中 i 为虚数单位,则 z 等于( )A.-i B.i C.-1 D.1答案 A解析 z= =-i.1i2.已知集合 M={1,2, zi},i 为虚数单位, N={3,4}, M∩ N={4},则复数 z 等于( )A.-2i B.2iC.-4i D.4i答案 C解析 由 M∩ N={4}得 zi=4, z= =-4i.4i3.复数 等于( )i- 21+ 2iA.i B.-iC.- - i D.- + i45 35 45 35答案 A4.复数 z= (i 为虚数单位)在复平面内对应的点所在象限为( )2- i2+ iA.第一象限 B.第二象限C.第三象限 D.第四象限答案 D解析 因为 z= = = ,2- i2+ i 2- i25 3- 4i5故复数 z 对应的点在第四象限,选 D.[呈重点、现规律]1.复数代数形式的乘除运算(1)复数代数形式的乘法类似于多项式乘以多项式,复数的乘法满足交换律、结合律以及乘法对加法的分配律.(2)在进行复数代数形式的除法运算时,通常先将除法写成分式的形式,再把分子、分母都乘以分母的共轭复数,化简后可得,类似于以前学习的分母有理化.- 5 -2.共轭复数的性质可以用来解决一些复数问题.3.复数问题实数化思想.复数问题实数化是解决复数问题的基本思想方法,其桥梁是设复数 z= a+ bi(a, b∈R),利用复数相等的充要条件转化.一、基础过关1.复数-i+ 等于( )1iA.-2i B. i12C.0 D.2i答案 A解析 -i+ =-i- =-2i,选 A.1i i2i2.i 为虚数单位, + + + 等于( )1i 1i3 1i5 1i7A.0 B.2iC.-2i D.4i答案 A解析 =-i, =i, =-i, =i,1i 1i3 1i5 1i7∴ + + + =0.1i 1i3 1i5 1i73.若 a, b∈R,i 为虚数单位,且( a+i)i= b+i,则( )A. a=1, b=1 B. a=-1, b=1C. a=-1, b=-1 D. a=1, b=-1答案 D解析 ∵( a+i)i=-1+ ai= b+i,∴Error!.4.在复平面内,复数 +(1+ i)2对应的点位于( )i1+ i 3A.第一象限 B.第二象限C.第三象限 D.第四象限答案 B- 6 -解析 +(1+ i)2= + i+(-2+2 i)i1+ i 3 12 12 3=- +(2 + )i,32 3 12对应点(- ,2 + )在第二象限.32 3 125.设复数 z 的共轭复数是 ,若复数 z1=3+4i, z2= t+i,且 z1· 是实数,则实数 t 等z z2于( )A. B.34 43C.- D.-43 34答案 A解析 ∵ z2= t+i,∴ = t-i.z2z1· =(3+4i)( t-i)=3 t+4+(4 t-3)i,z2又∵ z1· ∈R,∴4 t-3=0,z2∴ t= .346.若 z= ,则复数 等于( )1+ 2ii zA.-2-i B.-2+iC.2-i D.2+i答案 D解析 z= =2-i,∴ =2+i.1+ 2ii z7.计算:(1) +( )2 010;2+ 2i1- i2 21+ i(2)(4-i 5)(6+2i 7)+(7+i 11)(4-3i).解 (1) +( )2 010= +( ) 1 0052+ 2i1- i2 21+ i 2+ 2i- 2i 22i=i(1+i)+( )1 005=-1+i+(-i) 1 0051i=-1+i-i=-1.(2)原式=(4-i)(6-2i)+(7-i)(4-3i)=22-14i+25-25i=47-39i.二、能力提升8.设复数 z 满足(1-i) z=2i,则 z 等于( )- 7 -A.-1+i B.-1-iC.1+i D.1-i答案 A解析 由已知得 z= = =-1+i.2i1- i 2i1+ i1- i1+ i9.复数 z 满足( z-3)(2-i)=5(i 为虚数单位),则 z 的共轭复数 为( )zA.2+i B.2-iC.5+i D.5-i答案 D解析 由( z-3)(2-i)=5 得, z-3= =2+i,52- i∴ z=5+i,∴ =5-i.z10.设复数 i 满足 i(z+1)=-3+2i(i 为虚数单位),则 z 的实部是________.答案 1解析 由 i(z+1)=-3+2i 得到 z= -1=2+3i-1=1+3i.- 3+ 2ii11.已知复数 z 满足(1+2i) z=4+3i,求 z 及 .zz解 因为(1+2i) z=4+3i,所以 z= = =2-i,故 =2+i.4+ 3i1+ 2i 4+ 3i1- 2i5 z所以 = = = = - i.zz 2- i2+ i 2- i25 3- 4i5 35 4512.已知复数 z 的共轭复数为 ,且 z· -3i z= ,求 z.z z101- 3i解 z= a+ bi(a, b∈R),则 = a- bi.z又 z· -3i z= ,z101- 3i∴ a2+ b2-3i( a+ bi)= ,101+ 3i10∴ a2+ b2+3 b-3 ai=1+3i,∴Error!∴Error!或Error!.∴ z=-1,或 z=-1-3i.三、探究与拓展- 8 -13.已知 1+i 是方程 x2+ bx+ c=0 的一个根( b、 c 为实数).(1)求 b, c 的值;(2)试说明 1-i 也是方程的根吗?解 (1)因为 1+i 是方程 x2+ bx+ c=0 的根,∴(1+i) 2+ b(1+i)+ c=0,即( b+ c)+(2+ b)i=0.∴Error!,得Error!.∴ b、 c 的值为 b=-2, c=2.(2)方程为 x2-2 x+2=0.把 1-i 代入方程左边得(1-i) 2-2(1-i)+2=0,显然方程成立,∴1-i 也是方程的一个根.- 1 -3.2.1 复数代数形式的加、减运算及其几何意义明目标、知重点 1.熟练掌握复数的代数形式的加减法运算法则.2.理解复数加减法的几何意义,能够利用“数形结合”的思想解题.1.复数加法与减法的运算法则(1)设 z1= a+ bi, z2= c+ di 是任意两个复数,则 z1+ z2=( a+ c)+( b+ d)i, z1- z2=( a- c)+( b- d)i.(2)对任意 z1, z2, z3∈C,有 z1+ z2= z2+ z1,(z1+ z2)+ z3= z1+( z2+ z3).2.复数加减法的几何意义如图:设复数 z1, z2对应向量分别为 1, 2,四边形 OZ1ZZ2为平行四边形,则与 z1+ z2对OZ→ OZ→ 应的向量是 ,与 z1- z2对应的向量是 .OZ→ Z2Z1→ [情境导学]我们学习过实数的加减运算,复数如何进行加减运算?我们知道向量加法的几何意义,那么复数加法的几何意义是什么呢?探究点一 复数加减法的运算思考 1 我们规定复数的加法法则如下:设 z1= a+ bi, z2= c+ di 是任意两个复数,那么(a+ bi)+( c+ di)=( a+ c)+( b+ d)i.那么两个复数的和是个什么数,它的值唯一确定吗?答 仍然是个复数,且是一个确定的复数;思考 2 当 b=0, d=0 时,与实数加法法则一致吗?答 一致.思考 3 复数加法的实质是什么?类似于实数的哪种运算方法?答 实质是实部与实部相加,虚部与虚部相加,类似于实数运算中的合并同类项.思考 4 实数的加法有交换律、结合律,复数的加法满足这些运算律吗?并试着证明.答 满足,对任意的 z1, z2, z3∈C,有交换律: z1+ z2= z2+ z1.- 2 -结合律:( z1+ z2)+ z3= z1+( z2+ z3).证明:设 z1= a+ bi, z2= c+ di, z1+ z2=( a+ c)+( b+ d)i, z2+ z1=( c+ a)+( d+ b)i,显然, z1+ z2= z2+ z1,同理可得( z1+ z2)+ z3= z1+( z2+ z3).思考 5 类比于复数的加法法则,试着给出复数的减法法则.答 ( a+ bi)-( c+ di)=( a- c)+( b- d)i.例 1 计算:(1)(1+2i)+(-2+i)+(-2-i)+(1-2i);(2)1+(i+i 2)+(-1+2i)+(-1-2i).解 (1)原式=(1-2-2+1)+(2+1-1-2)i=-2.(2)原式=1+(i-1)+(-1+2i)+(-1-2i)=(1-1-1-1)+(1+2-2)i=-2+i.反思与感悟 复数的加减法运算,就是实部与实部相加减做实部,虚部与虚部相加减作虚部,同时也把 i 看作字母,类比多项式加减中的合并同类项.跟踪训练 1 计算:(1)2i-[(3+2i)+3(-1+3i)];(2)(a+2 bi)-(3 a-4 bi)-5i( a, b∈R).解 (1)原式=2i-(3+2i-3+9i)=2i-11i=-9i.(2)原式=-2 a+6 bi-5i=-2 a+(6 b-5)i.探究点二 复数加减法的几何意义思考 1 复数与复平面内的向量一一对应,你能从向量加法的几何意义出发讨论复数加法的几何意义吗?答 如图,设 , 分别与复数 a+ bi, c+ di 对应,OZ1→ OZ2→ 则有 =( a, b), =( c, d),OZ1→ OZ2→ 由向量加法的几何意义 + =( a+ c, b+ d),OZ1→ OZ2→ - 3 -所以 + 与复数( a+ c)+( b+ d)i 对应,复数的加法可以按照向量的加法来进行.OZ1→ OZ2→ 思考 2 怎样作出与复数 z1- z2对应的向量?答 z1- z2可以看作 z1+(- z2).因为复数的加法可以按照向量的加法来进行.所以可以按照平行四边形法则或三角形法则作出与 z1- z2对应的向量(如图).图中 对应复数 z1,OZ1→ 对应复数 z2,则 对应复数 z1- z2.OZ2→ Z2Z1→ 例 2 如图所示,平行四边形 OABC 的顶点 O, A, C 分别表示 0,3+2i,-2+4i.求:(1) 表示的复数;AO→ (2)对角线 表示的复数;CA→ (3)对角线 表示的复数.OB→ 解 (1)因为 =- ,所以 表示的复数为-3-2i.AO→ OA→ AO→ (2)因为 = - ,所以对角线 表示的复数为(3+2i)-(-2+4i)=5-2i.CA→ OA→ OC→ CA→ (3)因为对角线 = + ,所以对角线 表示的复数为(3+2i)+(-2+4i)=1+6i.OB→ OA→ OC→ OB→ 反思与感悟 复数的加减法可以转化为向量的加减法,体现了数形结合思想在复数中的运用.跟踪训练 2 复数 z1=1+2i, z2=-2+i, z3=-1-2i,它们在复平面上的对应点是一个正方形的三个顶点,求这个正方形的第四个顶点对应的复数.解 设复数 z1, z2, z3在复平面内所对应的点分别为 A, B, C,正方形的第四个顶点 D 对应的复数为 x+ yi(x, y∈R),如图.- 4 -则 = - =( x+ yi)-(1+2i)=( x-1)+( y-2)i,AD→ OD→ OA→ = - =(-1-2i)-(-2+i)=1-3i.BC→ OC→ OB→ ∵ = ,AD→ BC→ ∴( x-1)+( y-2)i=1-3i.∴Error!,解得Error!,故点 D 对应的复数为 2-i.探究点三 复数加减法的综合应用例 3 已知| z1|=| z2|=| z1- z2|=1,求| z1+ z2|.解 方法一 设 z1= a+ bi, z2= c+ di(a, b, c, d∈R),∵| z1|=| z2|=| z1- z2|=1,∴ a2+ b2= c2+ d2=1,①(a- c)2+( b- d)2=1②由①②得 2ac+2 bd=1,∴| z1+ z2|= a+ c2+ b+ d2= = .a2+ c2+ b2+ d2+ 2ac+ 2bd 3方法二 设 O 为坐标原点,z1, z2, z1+ z2对应的点分别为 A, B, C.∵| z1|=| z2|=| z1- z2|=1,∴△ OAB 是边长为 1 的正三角形,∴四边形 OACB 是一个内角为 60°,边长为 1 的菱形,且| z1+ z2|是菱形的较长的对角线 OC 的长,∴| z1+ z2|=| |OC→ = = .|OA→ |2+ |AC→ |2- 2|OA→ ||AC→ |cos 120° 3反思与感悟 (1)设出复数 z= x+ yi(x, y∈R),利用复数相等或模的概念,可把条件转化为x, y 满足的关系式,利用方程思想求解,这是本章“复数问题实数化”思想的应用.(2)在复平面内, z1, z2对应的点为 A, B, z1+ z2对应的点为 C, O 为坐标原点,则四边形OACB①为平行四边形;②若| z1+ z2|=| z1- z2|,则四边形 OACB 为矩形;③若| z1|=| z2|,则四边形 OACB 为菱形;④若| z1|=| z2|且| z1+ z2|=| z1- z2|,则四边形 OACB 为正方形.跟踪训练 3 本例中,若条件变成| z1|=| z2|=1,| z1+ z2|= .求| z1- z2|.2- 5 -解 由| z1|=| z2|=1,| z1+ z2|= ,2知 z1, z2, z1+ z2对应的点是一个边长为 1 的正方形的三个顶点,所求| z1- z2|是这个正方形的一条对角线长,所以| z1- z2|= .21.复数 z1=2- i, z2= -2i,则 z1+ z2等于( )12 12A.0 B. + i32 52C. - i D. - i52 52 52 32答案 C解析 z1+ z2=(2+ )-( +2)i= - i.12 12 52 522.若 z+3-2i=4+i,则 z 等于( )A.1+i B.1+3iC.-1-i D.-1-3i答案 B解析 z=4+i-(3-2i)=1+3i.3.在复平面内, O 是原点, , , 表示的复数分别为-2+i,3+2i,1+5i,则 表示的OA→ OC→ AB→ BC→ 复数为( )A.2+8i B.-6-6iC.4-4i D.-4+2i答案 C解析 = - = -( + )=4-4i.BC→ OC→ OB→ OC→ AB→ OA→ 4.若| z-1|=| z+1|,则复数 z 对应的点在( )A.实轴上 B.虚轴上C.第一象限 D.第二象限答案 B解析 ∵| z-1|=| z+1|,∴点 Z 到(1,0)和(-1,0)的距离相等,即点 Z 在以(1,0)和(-1,0)为端点的线段的中垂线上.5.已知复数 z1=( a2-2)+( a-4)i, z2= a-( a2-2)i( a∈R),且 z1- z2为纯虚数,则- 6 -a=________.答案 -1解析 z1- z2=( a2- a-2)+( a-4+ a2-2)i( a∈R)为纯虚数,∴Error!,解得 a=-1.[呈重点、现规律]1.复数代数形式的加减法满足交换律、结合律,复数的减法是加法的逆运算.2.复数加法的几何意义就是向量加法的平行四边形法则.复数减法的几何意义就是向量减法的三角形法则.一、基础过关1.若复数 z 满足 z+i-3=3-i,则 z 等于( )A.0 B.2i C.6 D.6-2i答案 D解析 z=3-i-(i-3)=6-2i.2.复数 i+i 2在复平面内表示的点在( )A.第一象限 B.第二象限C.第三象限 D.第四象限答案 B解析 i+i 2=-1+i,对应的点在第二象限.3.复数 z1=3+i, z2=-1-i,则 z1- z2等于( )A.2 B.2+2iC.4+2i D.4-2i答案 C4.设 z1=2+ bi, z2= a+i,当 z1+ z2=0 时,复数 a+ bi 为( )A.1+i B.2+iC.3 D.-2-i答案 D解析 由Error!得Error! ,∴ a+ bi=-2-i.- 7 -5.已知| z|=3,且 z+3i 是纯虚数,则 z 等于( )A.-3i B.3i C.±3i D.4i答案 B解析 设 z= a+ bi(a、 b∈R),则 z+3i= a+ bi+3i= a+( b+3)i 为纯虚数,∴ a=0, b+3≠0,又| b|=3,∴ b=3, z=3i.6.计算:(1-2i)+(-2+3i)+(3-4i)+(-4+5i)+…+(-2 008+2 009i)+(2 009-2 010i)+(-2 010+2 011i).解 原式=(1-2+3-4+…-2 008+2 009-2 010)+(-2+3-4+5+…+2 009-2 010+2 011)i=-1 005+1 005i.7.计算:(1)(-7i+5)-(9-8i)+(3-2i);(2)( + i)+(2-i)-( - i).13 12 43 32(3)已知 z1=2+3i, z2=-1+2i,求 z1+ z2, z1- z2.解 (1)(-7i+5)-(9-8i)+(3-2i)=-7i+5-9+8i+3-2i=(5-9+3)+(-7+8-2)i=-1-i.(2)( + i)+(2-i)-( - i)13 12 43 32= + i+2-i- + i13 12 43 32=( +2- )+( -1+ )i=1+i.13 43 12 32(3)z1+ z2=2+3i+(-1+2i)=1+5i,z1- z2=2+3i-(-1+2i)=3+i.二、能力提升8.如果一个复数与它的模的和为 5+ i,那么这个复数是________.3答案 + i115 3解析 设这个复数为 x+ yi(x, y∈R)∴ x+ yi+ =5+ i,x2+ y2 3∴Error!,∴Error!,∴ x+ yi= + i.115 39.若| z-2|=| z+2|,则| z-1|的最小值是________.- 8 -答案 1解析 由| z-2|=| z+2|,知 z 对应点的轨迹是到(2,0)与到(-2,0)距离相等的点,即虚轴.|z-1|表示 z 对应的点与(1,0)的距离.∴| z-1| min=1.10.设 m∈R,复数 z1= +( m-15)i, z2=-2+ m(m-3)i,若 z1+ z2是虚数,求 m 的取m2+ mm+ 2值范围.解 ∵ z1= +( m-15)i, z2=-2+ m(m-3)i,m2+ mm+ 2∴ z1+ z2= +[( m-15)+ m(m-3)]i(m2+ mm+ 2- 2)= +( m2-2 m-15)i.m2- m- 4m+ 2∵ z1+ z2为虚数,∴ m2-2 m-15≠0 且 m≠-2,解得 m≠5, m≠-3 且 m≠-2( m∈R).11.复平面内有 A, B, C 三点,点 A 对应的复数是 2+i,向量 对应的复数是 1+2i,向量BA→ 对应的复数是 3-i,求 C 点在复平面内的坐标.BC→ 解 ∵ = - ,AC→ BC→ BA→ ∴ 对应的复数为(3-i)-(1+2i)=2-3i,AC→ 设 C(x, y),则( x+ yi)-(2+i)=2-3i,∴ x+ yi=(2+i)+(2-3i)=4-2i,故 x=4, y=-2.∴ C 点在复平面内的坐标为(4,-2).12.已知 ABCD 是复平面内的平行四边形,且 A, B, C 三点对应的复数分别是1+3i,-i,2+i,求点 D 对应的复数.解 方法一 设 D 点对应的复数为 x+ yi (x, y∈R),则 D(x, y),又由已知 A(1,3), B(0,-1), C(2,1).∴ AC 中点为 , BD 中点为 .(32, 2) (x2, y- 12 )∵平行四边形对角线互相平分,∴Error!,∴Error!.即点 D 对应的复数为 3+5i.方法二 设 D 点对应的复数为 x+ yi (x, y∈R).则 对应的复数为( x+ yi)-(1+3i)AD→ =( x-1)+( y-3)i,又 对应的复数为(2+i)-(-i)=2+2i,BC→ - 9 -由于 = .∴( x-1)+( y-3)i=2+2i.AD→ BC→ ∴Error!,∴Error!.即点 D 对应的复数为 3+5i.三、探究与拓展13.在复平面内 A, B, C 三点对应的复数分别为 1,2+i,-1+2i.(1)求 , , 对应的复数;AB→ BC→ AC→ (2)判断△ ABC 的形状;(3)求△ ABC 的面积.解 (1) 对应的复数为 2+i-1=1+i,AB→ 对应的复数为-1+2i-(2+i)=-3+i,BC→ 对应的复数为-1+2i-1=-2+2i,AC→ (2)∵| |= ,| |= ,| |= =2 ,AB→ 2 BC→ 10 AC→ 8 2∴| |2+| |2=| |2,∴△ ABC 为直角三角形.AB→ AC→ BC→ (3)S△ ABC= × ×2 =2.12 2 2
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