内容正文:
第4节 复数
第四章 平面向量、复数
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第四章 平面向量、复数
高考总复习 人教数学B版(新教材)
跃升 关键能力
02
课后 素养提能
03
夯实 必备知识
01
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最新课程标准
教师专享
核心素养
考情聚焦
1.复数的概念
(1)通过方程的解,认识复数.
(2)理解复数的代数表示及其几何意义,理解两个复数相等的含义.
2.复数的运算
掌握复数代数表示式的四则运算,了解复数加、减运算的几何意义
1.复数的有关概念,达成数学抽象和数学运算素养.
2.复数的几何意义,提升直观想象和数学运算素养.
3.复数的四则运算,增强数学运算素养
复数的有关概念及代数形式的运算是高考命题的热点之一,重点考查对复数概念的辨析、理解能力和复数四则运算的计算、求解能力,题型一般为选择题,难度较小,属于低档题
1.复数的有关概念
内容
意义
备注
复数的概念
当a与b都是实数时,称a+bi为复数,复数用z表示,即z=a+bi(a,b∈R),其中实部为 a ,虚部为 b
若b=0,则a+bi为实数;若a=0且b≠0,则a+bi为纯虚数
复数相等
a+bi=c+di⇔ a=c且b=d (a,b,c,d∈R)
共轭复数
如果两个复数的实部相等,而虚部互为相反数,则称这两个复数互为共轭复数,当z=a+bi(a,b∈R)时,有eq \o(z,\s\up6(-))=a-bi
复平面
建立平面直角坐标系来表示复数的平面叫做复平面, x轴 叫实轴,y轴叫虚轴
实轴上的点都表示实数;除了原点外,虚轴上的点都表示纯虚数,各象限内的点都表示虚数
复数的模
设eq \o(OZ,\s\up16(→))对应的复数为eq \o(z,\s\up6(-))=a+bi,则向量eq \o(OZ,\s\up16(→))的长度叫做复数z=a+bi的模
|z|=|a+bi|= eq \r(a2+b2)
2.复数的几何意义
复数集C和复平面内所有的点组成的集合是一一对应的,复数集C与复平面内所有以原点O为起点的向量组成的集合也是一一对应的,即
(1)复数z=a+bi一一对应复平面内的点 Z(a,b) (a,b∈R).
(2)复数z=a+bi(a,b∈R)OZ,\s\up16(→)) INCLUDEPICTURE "../../../Application%20Data/Microsoft/Word/0+.tif" \* MERGEFORMAT
平面向量.
3.复数的运算
(1)运算法则:设z1=a+bi,z2=c+di,a,b,c,d∈R.
(2)几何意义:复数加减法可按向量的平行四边形或三角形法则进行.
如图给出的平行四边形OZ1ZZ2可以直观地反映出复数加减法的几何意义,即eq \o(OZ,\s\up16(→))=eq \o(OZ1,\s\up16(→))+eq \o(OZ2,\s\up16(→)),eq \o(Z1Z2,\s\up16(→))=eq \o(OZ2,\s\up16(→))-eq \o(OZ1,\s\up16(→)).
4.实系数一元二次方程在复数范围内的解集.
当a,b,c都是实数且a≠0时,关于x的方程ax2+bx+c=0称为实系数一元二次方程,这个方程在复数范围内总是有解的,而且
(1)当Δ=b2-4ac>0时,方程有两个不相等的实数根;
(2)当Δ=b2-4ac=0时,方程有两个相等的实数根;
(3)当Δ=b2-4ac<0时,方程有两个互为共轭的虚数根;
(4)如果x1,x2是方程ax2+bx+c=0的解,那么eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x1+x2=-\f(b,a),,x1·x2=\f(c,a).))
1.(1±i)2=±2i;eq \f(1+i,1-i)=i;eq \f(1-i,1+i)=-i.
2.-b+ai=i(a+bi).
3.i4n=1,i4n+1=i,i4n+2=-1,i4n+3=-i(n∈N+).
4.i4n+i4n+1+i4n+2+i4n+3=0(n∈N+).
◆[思考辨析]
判断下列说法是否正确,正确的在它后面的括号里打“√”,错误的打“×”.
(1)任何数的平方都不小于0.( )
(2)已知z=a+bi(a,b∈R),当a=0时,复数z为纯虚数.( )
(3)两个虚数的和还是虚数.( )
(4)复数的模就是复数在复平面内对应向量的模.( )
(5)复数中有相等复数的概念,因此复数可以比较大小.( )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
◆[小题查验]
1.(2022·新高考Ⅰ卷,2)若i(1-z)=1,则z+eq \x\to(z)=( )
A.-2
B.-1
C.1
D.2
解析:D [对原式两边同时乘以i得:z-1=i,即z=1+i,所以eq \o(z,\s\up6(-))=1-i,即z+eq \o(z,\s\up6(-))=2.]
2.(教材改编)设a,b∈R.“a=0”是“复数a+bi是纯虚数”的( )
A.充分而不必要条件
B.必要而不充分条件
C.充分必要条件
D.既不充分也不必要条件
解析:B [当a=0,且b=0时,a+bi不是纯虚数;若a+bi是纯虚数,则a=0.故“a=0”是“复数a+bi是纯虚数”的必要而不充分条件. ]
3.(多选)已知复数z=-1+eq \r(3)i(i为虚数单位),eq \o(z,\s\up6(-))为z的共轭复数,若复数w=eq \f(\o(z,\s\up6(-)),z),则下列结论正确的是( )
A.w在复平面内对应的点位于第二象限
B.|w|=1
C.w的实部为-eq \f(1,2)
D.w的虚部为eq \f(\r(3),2)i
解析:ABC [w=eq \f(\o(z,\s\up6(-)),z)=eq \f(-1-\r(3)i,-1+\r(3)i)=eq \f(-1-\r(3)i-1-\r(3)i,-1+\r(3)i-1-\r(3)i)=eq \f(-2+2\r(3)i,4)=-eq \f(1,2)+eq \f(\r(3),2)i,w在复平面内对应的点的坐标为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2),\f(\r(3),2))),位于第二象限,|w|=eq \r(\f(1,4)+\f(3,4))=1,w的实部为-eq \f(1,2),虚部为eq \f(\r(3),2).]
答案:-3-4i
4.在复平面内,向量eq \o(AB,\s\up16(→))对应的复数是2+i,向量eq \o(CB,\s\up16(→))对应的复数是-1-3i,则向量eq \o(CA,\s\up16(→))对应的复数是 ________ .
解析:eq \o(CA,\s\up16(→))=eq \o(CB,\s\up16(→))+eq \o(BA,\s\up16(→))=-1-3i+(-2-i)=-3-4i.
5.(2023·全国甲卷)eq \f(51+i3,2+i2-i)=( )
A.-1
B.1
C.1-i
D.1+i
解析:C [eq \f(51+i3,2+i2-i)=eq \f(51-i,5)=1-i.]
复数的有关概念(基础点)
1.(2022·北京卷,2)若复数z满足i·z=3-4i,则|z|=( )
A.1
B.5
C.7
D.25
解析:B [由条件可知z=eq \f(3-4i,i)=-4-3i,所以|z|=5.]
2.(多选)下面是关于复数z=eq \f(2,-1+i)的四个命题,其中的真命题为( )
A.|z|=2
B.z2=2i
C.z的共轭复数为1+i
D.z的虚部为-1
解析:BD [∵z=eq \f(2,-1+i)=eq \f(2-1-i,-1+i-1-i)
=-1-i,∴A:|z|=eq \r(2);B:z2=2i;C:z的共轭复数为-1+i;D:z的虚部为-1.]
3.(2024·怀化二模)已知复数z在复平面上对应的点为(1,-1),则( )
A.z2=2i
B.eq \f(z+i,i)是纯虚数
C.|z|=2
D.i(z+i)是实数
解析:B [由题意,z=1-i,则z2=(1-i)2=-2i;eq \f(z+i,i)=eq \f(1-i+i,i)=eq \f(1,i)=eq \f(-i,-i2)=-i,是纯虚数;|z|=eq \r(2);i(z+i)=i(1-i+i)=i,是纯虚数.]
求解与复数概念相关问题的技巧
复数的分类、复数的相等、复数的模,共轭复数的概念都与复数的实部与虚部有关,所以解答与复数相关概念有关的问题时,需把所给复数化为代数形式,即a+bi(a,b∈R)的形式,再根据题意列方程(组)求解.
复数的几何意义(基础点)
1.(2023·新课标Ⅱ卷)在复平面内,(1+3i)(3-i)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
解析:A [由题知(1+3i)(3-i)=3-i+9i-3i2=6+8i,所以该复数在复平面内对应的点为(6,8),位于第一象限.]
2.(2024·漳州模拟)已知复平面内点M,N分别对应复数z1=2+i和z2=1-i,则向量eq \o(MN,\s\up6(→))的模为( )
A.1
B.eq \r(3)
C.eq \r(5)
D.3
解析:C [因为复平面内点M,N分别对应复数z1=2+i和z2=1-i,
所以M(2,1),N(1,-1),所以eq \o(MN,\s\up16(→))=(-1,-2);
所以向量eq \o(MN,\s\up16(→))的模为eq \r(-12+-22)=eq \r(5).]
3.(多选)设z=(-t2+4t-5)+(t2+2t+2)i,t∈R,则以下结论正确的是( )
A.z对应的点在第二象限
B.z一定不为纯虚数
C.eq \o(z,\s\up6(-))对应的点在实轴的下方
D.z可以为实数
解析:ABC [∵-t2+4t-5=-(t-2)2-1<0, t2+2t+2=(t+1)2+1>0,∴z对应的点在第二象限.故A正确;∵-t2+4t-5=0无解,∴z一定不为纯虚数,故B正确;∵z与eq \o(z,\s\up6(-))对应的点关于实轴对称,∴eq \o(z,\s\up6(-))对应的点在第三象限,满足在实轴的下方,故C正确;∵t2+2t+2=0无解,∴z一定不是实数,故D错误.]
4.已知复数z1=-1+2i,z2=1-i,z3=3-4i,它们在复平面上对应的点分别为A,B,C,若eq \o(OC,\s\up16(→))=λeq \o(OA,\s\up16(→))+μeq \o(OB,\s\up16(→)),(λ,μ∈R),则λ+μ的值是 ________ .
解析:由条件得eq \o(OC,\s\up16(→))=(3,-4),eq \o(OA,\s\up16(→))=(-1,2),eq \o(OB,\s\up16(→))=(1,-1),根据eq \o(OC,\s\up16(→))=λeq \o(OA,\s\up16(→))+μeq \o(OB,\s\up16(→))得(3,-4)=λ(-1,2)+μ(1,-1)=(-λ+μ,2λ-μ),
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(-λ+μ=3,,2λ-μ=-4,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(λ=-1,,μ=2.))∴λ+μ=1.
答案:1
对复数几何意义的理解及应用
(1)复数z、复平面上的点Z及向量eq \o(OZ,\s\up16(→))相互联系,即z=a+bi(a,b∈R)⇔Z(a,b)⇔eq \o(OZ,\s\up16(→)).
(2)由于复数、点、向量之间建立了一一对应的关系,因此可把复数、向量与解析几何联系在一起,解题时可运用数形结合的方法,使问题的解决更加直观.
复数的代数运算(基础点)
1.(2022·新高考Ⅱ卷,2)(2+2i)(1-2i)=( )
A.-2+4i
B.-2-4i
C.6+2i
D.6-2i
解析:D [(2+2i)(1-2i)=2-4i+2i-4i2=2-2i+4=6-2i.]
2.(2023·全国乙卷)设z=eq \f(2+i,1+i2+i5),则eq \x\to(z)=( )
A.1-2i
B.1+2i
C.2-i
D.2+i
解析:B [由题意可得z=eq \f(2+i,1+i2+i5)=eq \f(2+i,1-1+i)=eq \f(i2+i,i2)=eq \f(2i-1,-1)=1-2i,则eq \x\to(z)=1+2i.]
3.(2022·全国乙卷,2)已知z=1-2i,且z+a·eq \o(z,\s\up16(-))+b=0,其中a,b为实数,则( )
A.a=1,b=-2
B.a=-1,b=2
C.a=1,b=2
D.a=-1,b=-2
解析:A [由题设,z=1-2i,eq \o(z,\s\up16(-))=1+2i,代入有a+b+1+(2a-2)i=0,故a=1,b=-2,选择A.]
4.(2023·新课标Ⅰ卷)已知z=eq \f(1-i,2+2i),则z-eq \x\to(z)=( )
A.-i
B.i
C.0
D.1
解析:A [因为z=eq \f(1-i,2+2i)=-eq \f(1,2)i,所以eq \x\to(z)=eq \f(1,2)i,所以z-eq \x\to(z)=-i.]
复数代数形式运算问题的解题策略
(1)复数的乘法:复数的乘法类似于多项式的四则运算,可将含有虚数单位i的看作一类同类项,不含i的看作另一类同类项,分别合并即可.
(2)复数的除法:除法的关键是分子分母同乘以分母的共轭复数,解题中要注意把i的幂写成最简形式.
提醒 在进行复数的代数运算时,记住以下结论,可提高计算速度.
(1)(1±i)2=±2i;eq \f(1+i,1-i)=i;eq \f(1-i,1+i)=-i;
(2)-b+ai=i(a+bi);
(3)i4n=1,i4n+1=i,i4n+2=-1,i4n+3=-i,
i4n+i4n+1+i4n+2+i4n+3=0,n∈N+.
实系数一元二次方程在复数范围内的解集
1.若1+eq \r(2)i是关于x的实系数方程x2+bx+c=0的一个复数根,则( )
A.b=2,c=3
B.b=-2,c=3
C.b=-2,c=-1
D.b=2,c=-1
解析:B [实系数方程虚根成对,所以1-eq \r(2)i也是一根,所以b=-2,c=1+2=3.]
2.已知关于x的方程x2+(k+2i)x+2+ki=0有实数根,则实数k的值为 ________ .
解析:设x0是方程的实数根,代入方程并整理得(xeq \o\al(2,0)+kx0+2)+(2x0+k)i=0.
由复数相等的充要条件得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x\o\al(2,0)+kx0+2=0,,2x0+k=0,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x0=\r(2),,k=-2\r(2),))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x0=-\r(2),,k=2\r(2),))
所以k的值为-2eq \r(2)或2eq \r(2).
答案:±2eq \r(2)
解决实系数一元二次方程问题的注意点
(1)和在实数范围内对比,在复数范围内解决实系数一元二次方程问题,根与系数的关系和求根公式仍然适用,但是判别式判断方程根的功能就发生改变了.
(2)解决实系数一元二次方程的基本方法是复数相等的充要条件.
$$