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- 2021-05-13 发布
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学案72 数系的扩充与复数的引入
导学目标: 1.理解复数的基本概念.2.理解复数相等的充要条件.3.了解复数的代数表示法及其几何意义.4.会进行复数代数形式的四则运算.5.了解复数代数形式的加、减运算的几何意义.
自主梳理
1.数系的扩充
数系扩充的脉络是:________→________→________,用集合符号表示为________⊆________⊆________,实际上前者是后者的真子集.
2.复数的有关概念
(1)复数的概念
形如a+bi (a,b∈R)的数叫复数,其中a,b分别是它的________和________.若________,则a+bi为实数,若________,则a+bi为虚数,若________________,则a+bi为纯虚数.
(2)复数相等:a+bi=c+di⇔____________(a,b,c,d∈R).
(3)共轭复数:a+bi与c+di共轭⇔____________(a,b,c,d∈R).
(4)复平面
建立直角坐标系来表示复数的平面,叫做复平面.______叫做实轴,______叫做虚轴.实轴上的点表示________;除原点外,虚轴上的点都表示________;各象限内的点都表示____________.
复数集C和复平面内________组成的集合是一一对应的,复数集C与复平面内所有以________为起点的向量组成的集合也是一一对应的.
(5)复数的模
向量的模r叫做复数z=a+bi的模,记作______或________,即|z|=|a+bi|=____________.
3.复数的运算
(1)复数的加、减、乘、除运算法则
设z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d∈R),则
①加法:z1+z2=(a+bi)+(c+di)=______________;
②减法:z1-z2=(a+bi)-(c+di)=________________;
③乘法:z1·z2=(a+bi)·(c+di)=________________;
④除法:==
=________________________(c+di≠0).
(2)复数加法的运算定律
复数的加法满足交换律、结合律,即对任何z1、z2、z3∈C,有z1+z2=________,(z1+z2)+z3=______________________.
自我检测
1.(2011·山东)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
2.(2011·广东)设复数z满足(1+i)z=2,其中i为虚数单位,则z等于( )
A.1+i B.1-i
C.2+2i D.2-2i
3.(2011·大纲全国)复数z=1+i,为z的共轭复数,则z-z-1等于( )
A.-2i B.-i
C.i D.2i
4.(2011·重庆)复数等于( )
A.--i B.-+i
C.-i D.+i
5.(2011·江苏)设复数z满足i(z+1)=-3+2i(i为虚数单位),则z的实部是________.
探究点一 复数的基本概念
例1 设m∈R,复数z=(2+i)m2-3(1+i)m-2(1-i).
(1)若z为实数,则m=________;
(2)若z为纯虚数,则m=________.
变式迁移1 已知复数z=+(a2-5a-6)i (a∈R),试求实数a分别取什么值时,z分别为:
(1)实数;(2)虚数;(3)纯虚数.
探究点二 复数的四则运算
例2 (2010·全国Ⅱ)复数2等于( )
A.-3-4i B.-3+4i C.3-4i D.3+4i
变式迁移2 计算:
(1);
(2);
(3).
例3 (2011·唐山模拟)计算:+2 012+.
变式迁移3 (1)(2010·四川)i是虚数单位,计算i+i2+i3等于( )
A.-1 B.1 C.-i D.i
(2)(2010·福建)i是虚数单位,()4等于( )
A.i B.-i C.1 D.-1
(3)i是虚数单位,+等于( )
A.i B.-i C.1 D.-1
探究点三 复数的点坐标表示
例4 如图所示,平行四边形OABC,顶点O,A,C分别表示0,3+2i,-2+4i,试求:
(1)所表示的复数,所表示的复数;
(2)对角线所表示的复数;
(3)求B点对应的复数.
变式迁移4 (2011·江苏苏北四市期末)复数z1=3+4i,z2=0,z3=c+(2c-6)i在复平面内对应的点分别为A,B,C,若∠BAC是钝角,则实数c的取值范围为________________.
2.乘法法则:(a+bi)(c+di)=(ac-bd)+(ad+bc)i;除法法则:==+i(c+di≠0).特别地:(a±bi)2=a2±2abi-b2=a2-b2±2abi,(a+bi)(a-bi)=a2+b2.
3.进行复数运算时,熟记以下结果有助于简化运算过程:
(1)i4n=1,i4n+1=i,i4n+2=-1,i4n+3=-i,in+in+1+in+2+in+3=0 (n∈N);
(2)(1+i)2=2i,(1-i)2=-2i,=i,=-i.
(满分:75分)
一、选择题(每小题5分,共25分)
1.(2011·江西)若z=,则复数等于( )
A.-2-i B.-2+i
C.2-i D.2+i
2.(2010·北京)在复平面内,复数6+5i,-2+3i对应的点分别为A,B.若C为线段AB的中点,则点C对应的复数是( )
A.-4+8i B.8+2i
C.2+4i D.4+i
3.(2011·平顶山调研)若θ∈(,),则复数(cos θ+sin θ)+(sin θ-cos θ)i在复平面内所对应的点在( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
4.(2011·课标全国)复数的共轭复数是( )
A.-i B.i
C.-i D.i
5.下面四个命题:
①0比-i大;
②两个复数互为共轭复数,当且仅当其和为实数;
③x+yi=1+i的充要条件为x=y=1;
④如果让实数a与ai对应,那么实数集与纯虚数集一一对应.
其中正确命题的个数是( )
A.0 B.1 C.2 D.3
二、填空题(每小题4分,共12分)
6.已知z1=2+i,z2=1-3i,则复数的虚部为______.
7.已知复数z1=m+2i,z2=3-4i,若为实数,则实数m=________.
8.(2011·上海九校联考)复数z=x+yi (x,y∈R)满足|z-1|=x,则复数z对应的点Z(x,y)的轨迹方程为__________.
三、解答题(共38分)
9.(12分)已知|z|-z=1-2i,求复数z.
10.(12分)(2011·上海)已知复数z1满足(z1-2)(1+i)=1-i(i为虚数单位),复数z2的虚部为2,且z1·z2是实数,求z2.
11.(14分)已知m∈R,复数z=+(m2+2m-3)i,当m为何值时,(1)z∈R;(2)z是纯虚数;(3)z对应的点位于复平面第二象限;(4)z对应的点在直线x+y+3=0上.
学案72 数系的扩充与复数的引入
自主梳理
1.自然数系 有理数系 实数系 N Q R 2.(1)实部
虚部 b=0 b≠0 a=0且b≠0 (2)a=c,b=d
(3)a=c,b=-d (4)x轴 y轴 实数 纯虚数 非纯虚数 所有的点 原点O (5)|z| |a+bi|
3.(1)①(a+c)+(b+d)i ②(a-c)+(b-d)i ③(ac-bd)+(ad+bc)i ④
(2) z2+z1 z1+(z2+z3)
自我检测
1.D [∵z====-i,
∴复数z对应的点的坐标为(,-),在第四象限.]
2.B [方法一 设z=x+yi,
则(1+i)(x+yi)=x-y+(x+y)i=2,
故应有解得故z=1-i.
方法二 z===1-i.]
3.B [∵z=1+i,∴=1-i,∴z·=|z|2=2,
∴z·-z-1=2-(1+i)-1=-i.]
4.C [===
==-i.]
5.1
解析 设z=a+bi(a、b∈R),由i(z+1)=-3+2i,
得-b+(a+1)i=-3+2i,∴a+1=2,∴a=1.
课堂活动区
例1 解题导引 根据复数z为实数、虚数及纯虚数的概念,利用它们的充要条件可分别求出相应的m值.利用概念解题时,要看准实部与虚部.
(1)1或2 (2)-
解析 z=(2m2-3m-2)+(m2-3m+2)i.
(1)若z为实数,则m2-3m+2=0.∴m=1或2.
(2)若z为纯虚数,则
解得m=-.
变式迁移1 解 (1)当z为实数时,则有,
∴,∴a=6,即a=6时,z为实数.
(2)当z为虚数时,
则有a2-5a-6≠0且a2-1≠0,
∴a≠-1且a≠6且a≠±1.∴a≠±1且a≠6.
∴当a∈(-∞,-1)∪(-1,1)∪(1,6)∪(6,+∞)时,
z为虚数.
(3)当z为纯虚数时,有,∴.
∴不存在实数a使z为纯虚数.
例2 解题导引 复数的加减运算类似于实数中的多项式的加减运算(合并同类项),复数的乘除运算是复数运算的难点,在乘法运算中要注意i的幂的性质,区分(a+bi)2=a2+2abi-b2与(a+b)2=a2+2ab+b2;在除法运算中,关键是“分母实数化”(分子、分母同乘以分母的共轭复数),此时要注意区分(a+bi)(a-bi)=a2+b2与(a+b)·(a-b)=a2-b2,防止实数中的相关公式与复数运算混淆,造成计算失误.
A [2=2=2
=(1-2i)2=-3-4i.]
变式迁移2 解 (1)==-1-3i.
(2)=
===+i.
(3)===
=--i.
例3 解题导引 注意in (n∈N)的周期性,i4k+1=i,i4k+2=-1,i4k+3=-i,i4k=1
(其中k∈N),以及(1+i)2=2i,(1-i)2=-2i,=i,=-i等运算结果在解题中的应用,运算的最后结果化为a+bi (a,b∈R)的形式.
解 原式=+1 006+
=+1 006+0
=i+(-i)1 006=i+i2=i-1=-1+i.
变式迁移3 (1)A (2)C (3)D
解析 (1)i+i2+i3=i+(-1)+(-i)=-1.
(2)()4=[()2]2=()2=1.
(3)+=+
===-1.
例4 解题导引 根据复平面内的点、向量及向量对应的复数是一一对应的,要求某个向量对应的复数,只要找出所求向量的始点和终点,或者用向量相等直接给出结论即可.
解 (1)∵=-,∴所表示的复数为-3-2i.
∵=,∴所表示的复数为-3-2i.
(2)∵=-,∴所表示的复数为
(3+2i)-(-2+4i)=5-2i.
(3)∵=+=+,
∴表示的复数为(3+2i)+(-2+4i)=1+6i,
即B点对应的复数为1+6i.
变式迁移4 c>且c≠9
解析 在复平面内三点坐标分别为A(3,4),B(0,0),C(c,2c-6),由∠BAC是钝角得·<0且B、A、C不共线,由(-3,-4)·(c-3,2c-10)<0,解得c>,其中当c=9时,=(6,8)=-2,三点共线,故c≠9.
课后练习区
1.D [∵z===2-i,
∴=2+i.]
2.C [复数6+5i对应A点的坐标为(6,5),-2+3i对应B点的坐标为(-2,3).由中点坐标公式知C点坐标为(2,4),∴点C对应的复数为2+4i.]
3.B [由三角函数线知识得当θ∈(,)时,
sin θ+cos θ<0,sin θ-cos θ>0,故选B.]
4.C [方法一 ∵==
=i,
∴的共轭复数为-i.
方法二 ∵===i.
∴的共轭复数为-i.]
5.A [(1)中实数与虚数不能比较大小;
(2)两个复数互为共轭复数时其和为实数,但两个复数的和为实数时这两个复数不一定是共轭复数;
(3)x+yi=1+i的充要条件为x=y=1是错误的,因为没有标明x,y是否是实数;
(4)当a=0时,没有纯虚数和它对应.]
6.-1
解析 ===-i,
故虚部为-1.
7.-
解析 ==
=是实数,∴6+4m=0,故m=-.
8.y2=2x-1
解析 由|z-1|=x得|(x-1)+yi|=x,
故(x-1)2+y2=x2,x≥0,整理得y2=2x-1.
9.解 设z=a+bi (a、b∈R),
则-(a+bi)=1-2i.(5分)
由两复数相等的充要条件得
解得.(10分)
所以所求复数为z=+2i.(12分)
10.解 (z1-2)(1+i)=1-i⇒z1=2-i.(4分)
设z2=a+2i,a∈R,
则z1·z2=(2-i)(a+2i)=(2a+2)+(4-a)i.
∵z1·z2∈R,∴a=4.∴z2=4+2i.(12分)
11.解 (1)当z为实数时,则有m2+2m-3=0且m-1≠0
得m=-3,故当m=-3时,z∈R.(2分)
(2)当z为纯虚数时,则有
解得m=0,或m=2.
∴当m=0或m=2时,z为纯虚数.(4分)
(3)当z对应的点位于复平面第二象限时,则有,
解得m<-3或1