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第四章 数系的扩充与复数的引入
|数学|选修1-2 (BSD)
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专题一 复数的分类
复数分类如下:
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注意:设z=a+bi(a,b∈R),则
(1)z为实数⇔b=0.
(2)z为虚数⇔b≠0.
(3)z=0⇔a=0且b=0.
(4)z为纯虚数⇔a=0且b≠0.
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复数z=log2(x2-3x-3)+ilog2(x-3),当x为何实数时.
(1)z∈R;(2)z为虚数;(3)z为纯虚数.
[解析] (1)因为一个复数是实数的充要条件是虚部为零,
所以有eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x2-3x-3>0 ①,log2(x-3)=0 ②))
由②得x=4,经验证满足①.
所以当x=4时,z∈R.
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(2)因为一个复数是虚数的充要条件是虚部非零,
所以有eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x2-3x-3>0,,log2(x-3)≠0.))
解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x>\f(3+\r(21),2)或x<\f(3-\r(21),2),,x>3且x≠4.))
即eq \f(3+\r(21),2)<x<4或x>4.
所以当eq \f(3+\r(21),2)<x<4或x>4时,z为虚数.
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(3)若一个复数是纯虚数,则其实部为零且虚部不为零,
则有eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(log2(x2-3x-3)=0,log2(x-3)≠0)),
解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=-1或x=4,x>3且x≠4)),无解.
所以复数z不可能是纯虚数.
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专题二 复数相等的充要条件
两复数z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d∈R)相等的充要条件是a=c且b=d,即两复数相等,当且仅当它们的实部与实部相等,虚部与虚部相等.
(1)将复数问题实数化是解决复数问题的一种重要思想,其桥梁是设复数的代数形式,依据复数相等的充要条件.
(2)复数相等常以方程的形式出现,利用相等的充要条件后,再次转化为解实系数方程组问题.
(3)复数方程根的问题,是将已知根代入,利用复数相等来解之.
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设z∈C,求解方程z2=eq \o(z,\s\up6(-)).
[解析] 令z=x+yi,x,y∈R,
则(x+yi)2=x-yi,
∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x2-y2=x ①,2xy=-y ②)) 由②得y=0或x=-eq \f(1,2).
把y=0代入①,x2=x.∴x=0或x=1.
把x=-eq \f(1,2)代入①,eq \f(1,4)-y2=-eq \f(1,2),
∴y2=eq \f(3,4),y=±eq \f(\r(3),2).
故z=0,或z=1,或z=-eq \f(1,2)±eq \f(\r(3),2)i.
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专题三 复数的模及其几何意义
复数z=a+bi(a,b∈R)对应复平面上的点Z,则复数的模|z|=|eq \o(OZ,\s\up6(→))|=eq \r(a2+b2),即点Z(a,b)到原点的距离.
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ω=z+i(z∈C),eq \f(z-2,z+2)为纯虚数,求M=|ω+1|2+|ω-1|2的最大值.
[解析] 设z=a+bi(a,b∈R),
eq \f(z-2,z+2)=eq \f(a-2+bi,a+2+bi)=eq \f(a2+b2-4+4bi,(a+2)2+b2)是纯虚数,
所以a2+b2-4=0,且b≠0,所以a2+b2=4(b≠0)①.
ω=z+i=a+(b+1)i,
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M=|ω+1|2+|ω-1|2
=(a+1)2+(b+1)2+(a-1)2+(b+1)2
=2(a2+b2)+4+4b,
由①式得M=4b+12,
又由①式得-2≤b<0或0<b≤2,
于是对于增函数M=f(b)=4b+12,
当b=2时,得到M