• 342.00 KB
  • 2021-06-16 发布

2020-2021学年数学新教材人教B版必修第四册教案:第10章 10

  • 11页
  • 当前文档由用户上传发布,收益归属用户
  1. 1、本文档由用户上传,淘文库整理发布,可阅读全部内容。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,请立即联系网站客服。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细阅读内容确认后进行付费下载。
  4. 网站客服QQ:403074932
www.ks5u.com ‎*10.3 复数的三角形式及其运算 学 习 目 标 核 心 素 养 ‎1.通过复数的几何意义,了解复数的三角形式,了解复数的代数表示与三角表示之间的关系.‎ ‎2.了解复数乘、除运算的三角表示及其几何意义.‎ ‎1.借助复数的三角形式,培养数学抽象的核心素养.‎ ‎2.通过复数三角形式的运算,培养数学运算的核心素养.‎ 前面已经学习过了复数的两种表示.一是代数表示,即z=a+bi(a,b∈R);二是几何表示,复数z既可以用复平面上的点Z(a,b)表示,也可以用复平面上的向量来表示.现在需要学习复数的三角表示,即用复数z的模和辐角来表示复数.‎ 思考:复数的三角形式在复数的运算中有怎样的作用?‎ ‎1.复数的三角表示式及复数的辐角和辐角主值 一般地,如果非零复数z=a+bi(a,b∈R)在复平面内对应点Z(a,b),且r为向量的模,θ是以x轴正半轴为始边、射线OZ为终边的一个角,则r=|z|=,‎ 根据任意角余弦、正弦的定义可知 cos θ=,sin θ=.‎ 因此a=rcos θ,b=rsin θ,如图所示,从而z=a+bi=(rcos θ)+(rsin θ)i=r(cos θ+isin θ),‎ 上式的右边称为非零复数z=a+bi的三角形式(对应地,a+bi称为复数的代数形式),其中的θ称为z的辐角.‎ 显然,任何一个非零复数z的辐角都有无穷多个,而且任意两个辐角之间都相差2π的整数倍.特别地,在[0,2π)内的辐角称为z的辐角主值,记作arg z.‎ ‎2.复数三角形式的乘、除运算 若复数z1=r1(cos θ1+isin θ1),z2=r2(cos θ2+isin θ2),且z1≠z2,则 ‎(1)z1z2=r1(cos θ1+isin θ1)×r2(cos θ2+isin θ2)‎ ‎=r1r2[cos(θ1+θ2)+isin(θ1+θ2)].‎ ‎(2)= ‎= [cos(θ1-θ2)+isin(θ1-θ2)].‎ ‎(3)[r(cos θ+isin θ)]n=rn[cos(nθ)+isin(nθ)].‎ ‎1.思考辨析(正确的画“√”,错误的画“×”)‎ ‎(1)复数的辐角是唯一的. (  )‎ ‎(2)z=cos θ-isin θ是复数的三角形式. (  )‎ ‎(3)z=-2(cos θ+isin θ)是复数的三角形式. (  )‎ ‎(4)复数z=cos π+isin π的模是1,辐角的主值是π. (  )‎ ‎[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√‎ ‎2.复数z=1+i的三角形式为z=________.‎  [r=,cos θ==,‎ 又因为1+i对应的点位于第一象限,‎ 所以arg(1+i)=.‎ 所以z=.]‎ ‎3.复数6的代数形式为________.‎ ‎6i [6=6cos+6isin=6i.]‎ ‎4.计算:(1)6×4=________;‎ ‎(2)6÷4=________.‎ ‎(1)24i (2)+i [(1)6×4 ‎=24 ‎=24i.‎ ‎(2)6÷4 ‎= ‎= ‎=+i.]‎ 复数的代数形式与三角形式的互化 角度1 代数形式化为三角形式 ‎【例1】 把下列复数的代数形式化成三角形式:‎ ‎(1)+i;‎ ‎(2)-i.‎ ‎[解] (1)r==2,因为+i对应的点在第一象限,‎ 所以cos θ=,即θ=,‎ 所以+i=2.‎ ‎(2)r==2,cos θ=,‎ 又因为-i对应的点位于第四象限,‎ 所以θ=.‎ 所以-i=2.‎ 复数的代数形式化为三角形式的步骤 ‎(1)先求复数的模.‎ ‎(2)决定辐角所在的象限.‎ ‎(3)根据象限求出辐角.‎ ‎(4)求出复数的三角形式.‎ 提醒:一般在复数三角形式中的辐角,常取它的主值,这使表达式简便,又便于运算,但三角形式辐角不一定取主值.‎ 角度2 三角形式化为代数形式 ‎【例2】 分别指出下列复数的模和辐角主值,并把这些复数表示成代数形式.‎ ‎(1)4;‎ ‎(2)(cos 60°+isin 60°);‎ ‎(3)2.‎ ‎[解] (1)复数4的模r=4,辐角主值为θ=.‎ ‎4=4cos+4isin ‎=4×+4×i ‎=2+2i.‎ ‎(2)(cos 60°+isin 60°)的模r=,辐角主值为θ=60°.‎ (cos 60°+isin 60°)=×+×i ‎=+i.‎ ‎(3)2 ‎=2 ‎=2.‎ 所以复数的模r=2,辐角主值为π.‎ ‎2=2cosπ+2isinπ ‎=2×+2×i.‎ ‎=1-i.‎ 复数的三角形式z=r(cos θ+isin θ)必须满足“模非负、余正弦、+相连、角统一、i跟sin”,否则就不是三角形式,只有化为三角形式才能确定其模和辐角,如本例(3).‎ ‎1.下列复数是不是复数的三角形式?如果不是,把它们表示成三角形式.‎ ‎(1);‎ ‎(2)-;‎ ‎(3);‎ ‎(4)cos+isin.‎ ‎[解] 根据复数三角形式的定义可知,(1)、(2)、(3)不是,(4)是复数的三角形式.‎ ‎(1)原式=.‎ ‎(2)原式= ‎=.‎ ‎(3)原式= ‎=.‎ 复数三角形式的乘、除运算 ‎【例3】 计算:‎ ‎(1)8×4;‎ ‎(2)(cos 225°+isin 225°)÷[(cos 150°+isin 150°)];‎ ‎(3)4÷.‎ ‎[解] (1)8×4 ‎=32 ‎=32 ‎=32 ‎=32 ‎=16+16i.‎ ‎(2)(cos 225°+isin 225°)÷[(cos 150°+isin 150°)]‎ ‎=[cos(225°-150°)+isin(225°-150°)]‎ ‎=(cos 75°+isin 75°)= ‎=+i ‎=+i.‎ ‎(3)4÷ ‎=4(cos 0+isin 0)÷ ‎=4 ‎=2-2i.‎ ‎1.乘法法则:模相乘,辐角相加.‎ ‎2.除法法则:模相除,辐角相减.‎ ‎3.复数的n次幂,等于模的n次幂,辐角为n倍.‎ ‎2.计算:‎ ‎(1);‎ ‎(2)(cos 75°+isin 75°)×;‎ ‎(3)÷.‎ ‎[解] (1) ‎=()2 ‎=2 ‎=-1+i.‎ ‎(2)-i= ‎=,‎ 所以(cos 75°+isin 75°)× ‎=× ‎=× ‎=cosπ+isinπ ‎=cos+isin ‎=+i.‎ ‎(3)因为-+i=cosπ+isinπ,‎ 所以÷ ‎=÷ ‎= ‎==+i.‎ 复数三角形式乘、除运算的几何意义 ‎【例4】 在复平面内,把复数3-i对应的向量分别按逆时针和顺时针方向旋转,求所得向量对应的复数.‎ ‎[解] 因为3-i=2 ‎=2,‎ 所以2× ‎=2 ‎=2 ‎=2 ‎=3+i,‎ ‎2× ‎=2 ‎=2 ‎=-2i.‎ 故把复数3-i对应的向量按逆时针旋转得到的复数为3+i,按顺时针旋转得到的复数为-2i.‎ 两个复数z1,z2相乘时,先分别画出与z1,z2对应的向量,,然后把向量绕点O按逆时针方向旋转角θ2(如果θ2<0,就要把绕点O按顺时针方向旋转角|θ2|),再把它的模变为原来的r2倍,得到向量,表示的复数就是积z1z2.‎ ‎3.在复平面内,把与复数+i对应的向量绕原点O按逆时针方向旋转,然后将其长度伸长为原来的2倍,求与所得向量对应的复数.(用代数形式表示)‎ ‎[解] +i=,‎ 由题意得× ‎=×2 ‎=3 ‎=3i,‎ 即与所得向量对应的复数为3i.‎ 知识:‎ ‎(1)任何一个不为零的复数的辐角有无限多个值,且这些值相差2π的整数倍.‎ ‎(2)复数0的辐角是任意的.‎ ‎(3)在0≤θ<2π范围内的辐角θ的值为辐角主值,通常记作arg z,且0≤arg z<2π.‎ ‎(4)两个非零复数相等当且仅当它们的模与辐角主值分别相等.‎ 方法:‎ 两个复数三角形式乘法的法则可简记为:模相乘,辐角相加,并且可以作以下推广;‎ ‎(1)有限个复数相乘,结论亦成立.‎ 即z1·z2…zn=r1(cos θ1+isin θ1)·r2(cos θ2+isin θ2)…rn(cos θn+isin θn)=r1·r2…rn[cos(θ1+θ2+…+θn)+isin(θ1+θ2+…+θn)].‎ ‎(2)当z1=z2=…=zn=z时,即r1=r2=…=rn=r,θ1=θ2=…=θn=θ,有zn=[r(cos θ+isin θ)]n=rn[cos(nθ)+isin(nθ)],这就是复数三角形式的乘方法则,即:模数乘方,辐角n倍.‎ ‎1.复数1-i的辐角主值是(  )‎ A.π        B.π C.π D. A [因为1-i=2=2,‎ 所以1-i的辐角主值为π.]‎ ‎2.复数9(cos π+isin π)的模是________.‎ ‎[答案] 9‎ ‎3.复数-1+i的辐角主值是________.‎ π [将复数-1+i化为三角形式:‎ ‎-1+i=2,即得-1+i的辐角主值为π.]‎ ‎4.(cos 75°+isin 75°)(cos 15°+isin 15°)=________.‎ i [(cos 75°+isin 75°)(cos 15°+isin 15°)‎ ‎=cos(75°+15°)+isin(75°+15°)‎ ‎=cos 90°+isin 90°‎ ‎=i.]‎ ‎5.2(cos 300°+isin 300°)÷=________.‎ ‎-+i [2(cos 300°+isin 300°)÷ ‎=2÷ ‎= ‎= ‎=-+i.]‎