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- 2021-06-19 发布
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2.2 复数的乘法与除法
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+z1z3
3.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.
4.复数的除法法则
设z1=a+bi,z2=c+di(c+di≠0),
则==+i.
[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吗?
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.
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)=32-(4i)2=9-(-16)=25;
(3)(1+i)2=1+2i+i2=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-i2=4-(-1)=5;
(2)(1+2i)2=1+4i+(2i)2=1+4i+4i2=-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)+;
(2)()6+.
解 (1)原式=+=+=+=;
(2)方法一 原式=[]6+
=i6+=-1+i.
方法二 (技巧解法)
原式=[]6+
=i6+=-1+i.
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.
跟踪训练2 计算:(1);(2).
解 (1)===1-i.
(2)===-1-3i.
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,这两个复数叫作互为共轭复数.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作共轭虚数.
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.
(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.
思考4 z·与|z|2和||2有什么关系?
答 z·=|z|2=||2.
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.
解 设z=a+bi(a,b∈R),则=a-bi且|z|==1,即a2+b2=1.①
因为(3+4i)z=(3+4i)(a+bi)=(3a-4b)+(3b+4a)i,而(3+4i)z是纯虚数,
所以3a-4b=0,且3b+4a≠0.②
由①②联立,解得或
所以=-i,或=-+i.
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·+2iz=8+6i,求复数z的实部与虚部的和.
解 设z=a+bi(a,b∈R),则z·=a2+b2,
∴a2+b2+2i(a+bi)=8+6i,
即a2+b2-2b+2ai=8+6i,
∴,解得,
∴a+b=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.
2.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.2i C.-4i D.4i
答案 C
解析 由M∩N={4}得zi=4,z==-4i.
3.复数等于( )
A.i B.-i
C.--i D.-+i
答案 A
4.复数z=(i为虚数单位)在复平面内对应的点所在象限为( )
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 因为z===,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.
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( )
A.-2i B.i
C.0 D.2i
答案 A
解析 -i+=-i-=-2i,选A.
2.i为虚数单位,+++等于( )
A.0 B.2i
C.-2i D.4i
答案 A
解析 =-i,=i,=-i,=i,
∴+++=0.
3.已知复数z满足(3+4i)z=25,则z等于( )
A.-3+4i B.-3-4i
C.3+4i D.3-4i
答案 D
解析 方法一 由(3+4i)z=25,
得z===3-4i.
方法二 设z=a+bi(a,b∈R),则(3+4i)(a+bi)=25,即3a-4b+(4a+3b)i=25,所以解得故z=3-4i.
4.在复平面内,复数+(1+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 B
解析 +(1+i)2=+i+(-2+2i)
=-+(2+)i,
对应点(-,2+)在第二象限.
5.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=________.
答案
解析 ∵z2=t+i,∴=t-i.
z1·=(3+4i)(t-i)=3t+4+(4t-3)i,
又∵z1·∈R,∴4t-3=0,∴t=.
6.若z=,则复数=________.
答案 2+i
解析 z==2-i,∴=2+i.
7.计算:(1)+()2 010;
(2)(4-i5)(6+2i7)+(7+i11)(4-3i).
解 (1)+()2 010=+() 1 005
=i(1+i)+()1 005=-1+i+(-i)1 005
=-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( )
A.-1+i B.-1-i
C.1+i D.1-i
答案 A
解析 由已知得z===-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( )
A.2+i B.2-i
C.5+i D.5-i
答案 D
解析 由(z-3)(2-i)=5得,z-3==2+i,
∴z=5+i,∴=5-i.
10.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.
11.已知复数z满足(1+2i)z=4+3i,求z及.
解 因为(1+2i)z=4+3i,
所以z===2-i,故=2+i.
所以====-i.
12.设z是虚数,w=z+是实数,且-1