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- 2021-06-16 发布
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7.2 复数的四则运算
7.2.1 复数的加、减运算及其几何意义
学习目标 1.熟练掌握复数代数形式的加、减运算法则.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.
知识点一 复数加法与减法的运算法则
1.设 z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d∈R)是任意两个复数,则
(1)z1+z2=(a+c)+(b+d)i;
(2)z1-z2=(a-c)+(b-d)i.
2.对任意 z1,z2,z3∈C,有
(1)z1+z2=z2+z1;
(2)(z1+z2)+z3=z1+(z2+z3).
知识点二 复数加减法的几何意义
如图,设复数 z1,z2 对应向量分别为OZ1
→ ,OZ2
→ ,四边形 OZ1ZZ2 为平行四边形,向量OZ→与复
数 z1+z2 对应,向量Z2Z1
→ 与复数 z1-z2 对应.
思考 类比绝对值|x-x0|的几何意义,|z-z0|(z,z0∈C)的几何意义是什么?
答案 |z-z0|(z,z0∈C)的几何意义是复平面内点 Z 到点 Z0 的距离.
1.两个虚数的和或差可能是实数.( √ )
2.在进行复数的加法时,实部与实部相加得实部,虚部与虚部相加得虚部.( √ )
3.复数与复数相加减后结果只能是实数.( × )
4.复数的加法不可以推广到多个复数相加的情形.( × )
一、复数代数形式的加、减运算
例 1 (1)计算:(5-6i)+(-2-i)-(3+4i);
(2)设 z1=x+2i,z2=3-yi(x,y∈R),且 z1+z2=5-6i,求 z1-z2.
解 (1)原式=(5-2-3)+(-6-1-4)i=-11i.
(2)因为 z1=x+2i,z2=3-yi,z1+z2=5-6i,
所以(3+x)+(2-y)i=5-6i,
所以 3+x=5,
2-y=-6,
所以 x=2,
y=8,
所以 z1-z2=(2+2i)-(3-8i)=(2-3)+[2-(-8)]i=-1+10i.
反思感悟 解决复数加减运算的思路
两个复数相加(减),就是把两个复数的实部相加(减),虚部相加(减).复数的减法是加法的逆
运算.当多个复数相加(减)时,可将这些复数的所有实部相加(减),所有虚部相加(减).
跟踪训练 1 复数(1+2i)+(3-4i)-(-5-3i)对应的点在( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
答案 A
解析 复数(1+2i)+(3-4i)-(-5-3i)=(1+3+5)+(2-4+3)i=9+i,其对应的点为(9,1),
在第一象限.
二、复数加减法的几何意义
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)AO→ 表示的复数;
(2)对角线CA→表示的复数;
(3)对角线OB→ 表示的复数.
解 (1)因为AO→ =-OA→ ,
所以AO→ 表示的复数为-3-2i.
(2)因为CA→=OA→ -OC→ ,
所以对角线CA→表示的复数为(3+2i)-(-2+4i)=5-2i.
(3)因为OB→ =OA→ +OC→ ,
所以对角线OB→ 表示的复数为(3+2i)+(-2+4i)=1+6i.
反思感悟 复数与向量的对应关系的两个关注点
(1)复数 z=a+bi(a,b∈R)是与以原点为起点,Z(a,b)为终点的向量一一对应的.
(2)一个向量可以平移,其对应的复数不变,但是其起点与终点所对应的复数可能改变.
跟踪训练 2 已知平行四边形 ABCD 中,AB→与AC→对应的复数分别是 3+2i 与 1+4i,两对角
线 AC 与 BD 相交于点 O.求:
(1)AD→ 对应的复数;
(2)DB→ 对应的复数.
解 (1)因为 ABCD 是平行四边形,
所以AC→=AB→+AD→ ,于是AD→ =AC→-AB→,
而(1+4i)-(3+2i)=-2+2i,
即AD→ 对应的复数是-2+2i.
(2)因为DB→ =AB→-AD→ ,
而(3+2i)-(-2+2i)=5,即DB→ 对应的复数是 5.
三、复数模的综合问题
例 3 如果复数 z 满足|z+i|+|z-i|=2,那么|z+i+1|的最小值是( )
A.1 B.1
2 C.2 D. 5
答案 A
解析 设复数 z,-i,i,-1-i 在复平面内对应的点分别为 Z,Z1,Z2,Z3,
因为|z+i|+|z-i|=2,
|Z1Z2|=2,所以点 Z 的集合为线段 Z1Z2.
所以 Z 点在线段 Z1Z2 上移动,|Z1Z3|min=1,
所以|z+i+1|min=1.
反思感悟 |z1-z2|表示复平面内 z1,z2 对应的两点间的距离.利用此性质,可把复数模的问题
转化为复平面内两点间的距离问题,从而进行数形结合,把复数问题转化为几何图形问题求
解.
跟踪训练 3 △ABC 的三个顶点所对应的复数分别为 z1,z2,z3,复数 z 满足|z-z1|=|z-z2|
=|z-z3|,则 z 对应的点是△ABC 的( )
A.外心 B.内心
C.重心 D.垂心
答案 A
解析 由复数模及复数减法运算的几何意义,结合条件可知复数 z 的对应点 P 到△ABC 的
顶点 A,B,C 的距离相等,∴P 为△ABC 的外心.
1.复数(1-i)-(2+i)+3i 等于( )
A.-1+i B.1-i
C.i D.-i
答案 A
解析 原式=1-i-2-i+3i=-1+i.
2.已知 z1=2+i,z2=1-2i,则复数 z=z2-z1 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 C
解析 z=z2-z1=(1-2i)-(2+i)=-1-3i.
故 z 对应的点为(-1,-3),位于第三象限.
3.若复数 z 满足 z+(3-4i)=1,则 z 的虚部是( )
A.-2 B.4 C.3 D.-4
答案 B
解析 ∵z+(3-4i)=1,
∴z=-2+4i,故 z 的虚部是 4.
4.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 a=________.
答案 -1
解析 ∵z1-z2=(a2-a-2)+(a-4+a2-2)i(a∈R)为纯虚数,
∴ a2-a-2=0,
a2+a-6≠0,
解得 a=-1.
5.设平行四边形 ABCD 在复平面内,A 为原点,B,D 两点对应的复数分别是 3+2i 和 2-4i,
则点 C 对应的复数是__________.
答案 5-2i
解析 设 AC 与 BD 的交点为 E,则 E 点坐标为
5
2
,-1 ,设点 C 坐标为(x,y),则 x=5,y
=-2,故点 C 对应的复数为 5-2i.
1.知识清单:
(1)复数代数形式的加减运算法则.
(2)复数加减法的几何意义.
(3)复平面上两点间的距离公式.
2.方法归纳:类比、数形结合.
3.常见误区:忽视模的几何意义.
1.已知 z+5-6i=3+4i,则复数 z 为( )
A.-4+20i B.-2+10i
C.-8+20i D.-2+20i
答案 B
解析 z=3+4i-(5-6i)=(3-5)+(4+6)i=-2+10i.
2.复数(3+mi)-(2+i)对应的点在第四象限内,则实数 m 的取值范围是( )
A.m<2
3 B.m<1
C.2
31
答案 B
解析 ∵(3+mi)-(2+i)=3+mi-2-i=1+(m-1)i,
∴m-1<0,∴m<1.
3.若 z1=2+i,z2=3+ai(a∈R),且 z1+z2 所对应的点在实轴上,则 a 的值为( )
A.3 B.2 C.1 D.-1
答案 D
解析 z1+z2=2+i+3+ai=(2+3)+(1+a)i
=5+(1+a)i.
∵z1+z2 所对应的点在实轴上,
∴1+a=0,∴a=-1.
4.如果一个复数与它的模的和为 5+ 3i,那么这个复数是( )
A.11
5 B. 3i
C.11
5
+ 3i D.11
5
+2 3i
答案 C
解析 设这个复数为 a+bi(a,b∈R),
则|a+bi|= a2+b2.
由题意知 a+bi+ a2+b2=5+ 3i,
即 a+ a2+b2+bi=5+ 3i,
∴ a+ a2+b2=5,
b= 3,
解得 a=11
5
,b= 3.
∴所求复数为11
5
+ 3i.
5.在平行四边形 ABCD 中,若 A,C 对应的复数分别为-1+i 和-4-3i,则该平行四边形的
对角线 AC 的长度为( )
A. 5 B.5 C.2 5 D.10
答案 B
解析 依题意,AC→对应的复数为(-4-3i)-(-1+i)=-3-4i,
因此 AC 的长度为|-3-4i|=5.
6.已知复数 z 满足 z+(1+2i)=5-i,则 z=________.
答案 4-3i
解析 z=(5-i)-(1+2i)=4-3i.
7.已知|z|=4,且 z+2i 是实数,则复数 z=________.
答案 ±2 3-2i
解析 因为 z+2i 是实数,可设 z=a-2i(a∈R),
由|z|=4 得 a2+4=16,
所以 a2=12,所以 a=±2 3,
所以 z=±2 3-2i.
8.设复数 z 满足 z+|z|=2+i,则 z=________.
答案 3
4
+i
解析 设 z=x+yi(x,y∈R),则|z|= x2+y2.
∴x+yi+ x2+y2=2+i.
∴ x+ x2+y2=2,
y=1,
解得
x=3
4
,
y=1.
∴z=3
4
+i.
9.计算:(1) 2-1
2i +
1
2
-2i ;
(2)(3+2i)+( 3-2)i;
(3)(1+2i)+(i+i2)+|3+4i|;
(4)(6-3i)+(3+2i)-(3-4i)-(-2+i).
解 (1)原式= 2+1
2 -
1
2
+2 i=5
2
-5
2i;
(2)(3+2i)+( 3-2)i=3+(2+ 3-2)i=3+ 3i;
(3)(1+2i)+(i+i2)+|3+4i|=1+2i+i-1+5=5+3i;
(4)(6-3i)+(3+2i)-(3-4i)-(-2+i)=[6+3-3-(-2)]+[-3+2-(-4)-1]i=8+2i.
10.在复平面内,复数-3-i 与 5+i 对应的向量分别是OA→ 与OB→ ,其中 O 是原点,求向量OA→
+OB→ 与BA→对应的复数及 A,B 两点之间的距离.
解 因为复数-3-i 与 5+i 对应的向量分别是OA→ 与OB→ ,其中 O 是原点,所以OA→ =(-3,
-1),OB→ =(5,1),
所以OA→ +OB→ =(-3,-1)+(5,1)=(2,0),
所以向量OA→ +OB→ 对应的复数是 2,
又BA→=OA→ -OB→ =(-3,-1)-(5,1)=(-8,-2),
所以BA→对应的复数是-8-2i,
A,B 两点之间的距离|BA→|=|-8-2i|= -82+-22=2 17.
11.在复平面内点 A,B,C 所对应的复数分别为 1+3i,-i,2+i,若AD→ =BC→,则点 D 表示
的复数是( )
A.1-3i B.-3-i
C.3+5i D.5+3i
答案 C
解析 ∵点 A,B,C 对应的复数分别为 1+3i,-i,2+i,
∴BC→对应的复数为 2+2i.设 D(x,y),
∵AD→ =BC→,∴(x-1,y-3)=(2,2),
∴ x-1=2,
y-3=2,
解得 x=3,
y=5.
∴点 D 表示的复数为 3+5i.
12.复数 z1=1+icos θ,z2=sin θ-i,则|z1-z2|的最大值为( )
A.3-2 2 B. 2-1
C.3+2 2 D. 2+1
答案 D
解析 |z1-z2|=|(1-sin θ)+(cos θ+1)i|
= 1-sin θ2+1+cos θ2
= 3+2cos θ-sin θ
= 3+2 2cos θ+π
4 .
∵|cos θ+π
4 |max=1,
∴|z1-z2|max= 3+2 2= 2+1.
13.A,B 分别是复数 z1,z2 在复平面上对应的两点,O 为原点,若|z1+z2|=|z1-z2|,则△AOB
为________.
答案 直角三角形
解析 由复数的加、减法的几何意义可知,
当|z1+z2|=|z1-z2|时,∠AOB=90°.
14.在复平面内,O 是原点,OA→ ,OC→ ,AB→对应的复数分别为-2+i,3+2i,1+5i,那么BC→对应
的复数为________.
答案 4-4i
解析 因为OA→ ,OC→ ,AB→对应的复数分别为-2+i,3+2i,1+5i,BC→=OC→ -OB→ =OC→ -(OA→ +AB→)
=3+2i-[(-2+i)+(1+5i)]=4-4i.
15.若复数 z 满足 z-1=cos θ+isin θ,则|z|的最小值为______,|z|的最大值为______.
答案 0 2
解析 ∵|z-1|=1,
∴复数 z 对应的点的轨迹为以(1,0)为圆心,1 为半径的圆,
∴|z|的最小值为 0,最大值为 2.
16.已知复平面内平行四边形 ABCD,A 点对应的复数为 2+i,向量BA→对应的复数为 1+2i,
向量BC→对应的复数为 3-i.
(1)求点 C,D 对应的复数;
(2)求平行四边形 ABCD 的面积.
解 (1)∵向量BA→对应的复数为 1+2i,向量BC→对应的复数为 3-i,AC→=BC→-BA→,
∴向量AC→对应的复数为(3-i)-(1+2i)=2-3i.
又OC→ =OA→ +AC→,
∴点 C 对应的复数为(2+i)+(2-3i)=4-2i.
∵AD→ =BC→,∴向量AD→ 对应的复数为 3-i,
即AD→ =(3,-1).
设 D(x,y),则AD→ =(x-2,y-1)=(3,-1),
∴ x-2=3,
y-1=-1,
解得 x=5,
y=0.
∴点 D 对应的复数为 5.
(2)∵BA→·BC→=|BA→||BC→|cos B,
∴cos B= BA→·BC→
|BA→||BC→|
= 3-2
5× 10
= 1
5 2
= 2
10.
∴sin B=7 2
10 .
∵S▱ABCD=|BA→||BC→|sin B= 5× 10×7 2
10
=7,
故平行四边形 ABCD 的面积为 7.
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