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  • 2021-06-16 发布

2020年高中数学新教材同步必修第二册 第7章7.2 复数的四则运算

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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|= -82+-22=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 θ2+1+cos θ2 = 3+2cos 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.