内容正文:
6.1.2 复数的几何意义
课程标准
素养解读
1.了解复平面的概念.
2.理解复数、复平面内的点、复平面内的向量之间的对应关系.
3.掌握复数模的概念,会求复数的模.
1.通过复数的几何意义的学习,提升直观想象等核心素养.
2.通过共轭复数和复数模的计算,提升数学运算和逻辑推理等核心素养.
我们知道,任意一个实数都可以用数轴上的点来表示,那么复数可否用点来表示呢?
[知识点一] 复平面
建立直角坐标系来表示复数的平面叫做 复平面 ,x轴称为 实轴 ,y轴称为 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.
即任一实数a与x轴上的点(a,0)一一对应,任一纯虚数bi(b≠0)与y轴上的点(0,b)一一对应.
[知识点二] 复数的几何意义
[知识点三] 复数的模
复数z=a+bi(a,b∈R)对应的向量的长度称为复数z的模,记作|z|或|a+bi|,即|z|=|a+bi|= .
[知识点四] 共轭复数
1.一般地,当两个复数的实部 相等 ,虚部 互为相反数 时,称这两个复数为互为共轭复数.
2.虚部不等于0的两个共轭复数也称为 共轭虚数 .
3.复数z的共轭复数用表示,即如果z=a+bi,那么= a-bi .
4.在复平面内,表示两个互为共轭复数的点关于实轴对称,并且它们的模相等.
1.实轴上的点表示实数,虚轴上的点表示虚数,这句话对吗?
提示:不正确.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,原点对应的有序实数对为(0,0),它所确定的复数是z=0+0i=0,表示的是实数.
2.复数z=a+bi(a,b∈R)的模的几何意义是什么?
提示:复数z=a+bi(a,b∈R)的模表示复平面内点(a,b)到原点的距离.
1.如果复数a+bi(a,b∈R)在复平面内的对应点在第二象限,则( )
A.a>0,b<0 B.a>0.b>0
C.a<0,b<0 D.a<0,b>0
解析:D [复数z=a+bi(a,b∈R)在复平面对应点的坐标为(a,b),由点(a,b)在第二象限可得a<0,b>0.]
2.复数z=1+3i的模等于( )
A.2 B.4
C. D.2
解析:C [|z|==.]
3.若z=2-i,则复数=( )
A.-2-i B.-2+i
C.2-i D.2+i
解析:D [复数z=2-i的共轭复数为=2+i.]
复数与复平面内向量的对应
用复平面内的点和向量表示复数:2+3i,-2i,3,0.
[思路点拨] 正确画出复平面,利用复数z点和向量的对应关系作图.
[解] 如图所示,复数2+3i用点A(2,3)表示,向量为;-2i用点B(0,-2)表示,向量为;3用点C(3,0)表示,向量为;0用原点O(0,0)表示,向量为0.
复数与点,向量的对应关系
复数的几何表示法即复数z=a+bi(a,b∈R)可以用复平面内的点Z(a,b)来表示,是解决此类问题的依据.
复数z与向量是一一对应关系.
复数的有关问题转化为向量问题求解.[变式训练]
1.在复平面内,画出表示复数3-i、4、2i的点和向量.
解:如图所示表示复数3-i的点为A(3,-1),向量为;表示复数4的点为B(4,0),向量为;表示复数2i的点为C(0,2),向量为.
求复数的模和共轭复数
求下列各复数的模和共轭复数.
(1)z1=1+i;(2)z2=1-i;(3)z3=5i.
[思路点拨] 复数z=a+bi(a,b∈R)的模为|z|=,其共轭复数为=a-bi.
[解] (1)因为a=1,b=,所以|z1|==2,共轭复数为1=1-i.
(2)因为a=1,b=-1,所以|z2|==,共轭复数为2=1+i.
(3)因为a=0,b=5,所以|z3|==5,共轭复数为3=-5i.
复数z=a+bi(a,b∈R)的模|z|=,其共轭复数为=a-bi,分清复数的实部和虚部是解此类题的关键.
[变式训练]
2.求下列复数的模和共轭复数.
(1)z1=4-3i;(2)z2=5+12i;(3)z3=-i.
解:(1)|z1|==5,1=4+3i.
(2)|z2|==13,2=5-12i.
(3)|z3|==1,3=+i.
复数模的几何意义
设z∈C,满足下列条件的点的集合分别是什么图形
(1)|z|=4.
(2)2<|z|<4.
[思路点拨] 复数z=a+bi(a,b∈R)的模|z|=的几何意义是复平面上的点z(a,b)到原点的距离.
[解] (1)复数z的模等于4,就是说,向量的模等于4,所以满足条件|z|=4的点Z的集合是以原点O为圆心,以4为半径的圆.
(2) 2<|z|<4可化为不等式组不等式|z|<4的解集是圆|z|=4内部所有的点组成的集合,不等式|z|>2的解集是圆|z|=2外部所有的点组成的集合,这两个集合的交集就是不等式组所表示的集合.容易看出,点Z的集合是以原点O为圆心,以2及4为半径的圆所夹的圆环,但不包括圆环的边界.
解复数所对应点的图形问题常用两种方法
方法一:根据|z|表示点Z和原点间的距离,直接判定图形形状.
方法二:利用模的定义,把复数问题转化为实数问题来解决,这也是本章的一种重要思想方法.
[变式训练]
3.设复数z在复平面内对应的点为Z,问满足下列条件的点Z的集合是什么图形?
(1)|z|=3;
(2)2≤|z|≤3.
解: (1)由|z|=3知,向量的模等于3,所以满足条件|z|=3的点Z的集合是以原点为圆心、以3为半径的圆.
(2)不等式2≤|z|≤3可化为满足条件|z|≥2的点Z在以原点O为圆心、以2为半径的圆上或其外部,满足条件|z|≤3的点Z在以原点O为圆心、以3为半径的圆上或其内部.因此,满足条件2≤|z|≤3的点的集合是以原点O为圆心、分别以2和3为半径的两个圆所围成的圆环且包括圆环的边界.
1.复数z=-1-2i(i为虚数单位)在复平面内对应的点位于( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
解析:C [z=-1-2i对应点Z(-1,-2),位于第三象限.]
2.在复平面内,O为原点,向量对应的复数为-1-2i,若点A关于实轴的对称点为B,则向量对应的复数为( )
A.-2-i B.2+i
C.1+2i D.-1+2i
解析:D [由题意可知,点A的坐标为(-1,-2),则点B的坐标为(-1,2),故向量对应的复数为-1+2i.]
3.已知z1=5+3i,z2=5+4i,下列选项中正确的是( )
A.z1>z2 B.z1<z2
C.|z1|>|z2| D.|z1|<|z2|
解析:D [|z1|=|5+3i|==.|z2|=|5+4i|==.因为<,所以|z1|<|z2|.]
4.复数i的共轭复数的模等于 ____________ .
解析:复数i的共轭复数为-i,故其模为.
答案:
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$$
对应学生课时P259
[基础过关]
1.在复平面内,复数z=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
解析:B [z=i-2=-2+i对应的点为(-2,1),在第二象限.]
2已知z=(m+3)+(m-1)i(m∈R)在复平面内对应的点在第四象限,则实数m的取值范围是( )
A.(-3,1) B.(-1,3)
C.(1,+∞) D.(-∞,-3)
解析:A [由题意得解得-3<m<1.]
3.若复数z=(m+1)+(m-2)i,其中m∈R,则复数z对应的点不可能位于( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
解析:B [复数z对应的点为(m+1,m-2).因为m+1>m-2,所以点(m+1,m-2)不可能位于第二象限.]
4.已知复数z=a+i在复平面内对应的点位于第二象限,且|z|=2,则复数z等于( )
A.-1+i B.1+i
C.-1+i或1+i D.-2+i
解析:A [因为z在复平面内对应的点位于第二象限,所以a<0,由|z|=2知,=2,解得a=±1,故a=-1,所以z=-1+i.]
5.在复平面内,O为原点,向量表示的复数为-1+2i,若点A关于直线y=-x的对称点为B,则向量表示的复数为( )
A.-2-i B.-2+i
C.1+2i D.-1+2i
解析:B [由题意得A(-1,2),则B(-2,1),所以向量表示的复数为-2+i.]
6.若复数z1=2+bi与复数z2=a-4i互为共轭复数,则a= ____________ ,b= ____________ .
解析:因为z1与z2互为共轭复数,所以a=2,b=4.
答案:2 4
7.若复数z=(m-2)+(m+1)i为纯虚数(i为虚数单位),其中m∈R,则|z|= ____________ .
解析:复数z=(m-2)+(m+1)i为纯虚数(i为虚数单位),所以m-2=0且m+1≠0,解得m=2,所以z=3i,所以|z|=3.
答案:3
8.在复平面内,O是原点,向量对应的复数为2+i,若点A关于虚轴的对称点为点B,则向量对应的复数为 ____________ .
解析:A点坐标为(2,1)关于虚轴对称点B的坐标为(-2,1).即=(-2,1),对应复数为-2+i.
答案:-2+i
9.实数m取什么值时,复平面内表示复数z=(m-3)+(m2-5m-14)i的点:
(1)位于第四象限;
(2)位于第一、三象限;
(3)位于直线y=x上.
解:(1)由题意得解得3<m<7,此时复数z对应的点位于第四象限;
(2)由题意得
或所以m>7或-2<m<3,此时复数z对应的点位于第一、三象限;
(3)要使复数z对应的点在直线y=x上,只需m2-5m-14=m-3,所以m2-6m-11=0,所以m=3±2,此时复数z对应的点位于直线y=x上.
[能力提升]
10.复数z=(a2-2a)+(a2-a-2)i对应的点在虚轴上,则( )
A.a≠2或a≠1 B.a≠2且a≠1
C.a=0或a=2 D.a=0
解析:C [∵z在复平面内对应的点在虚轴上,∴a2-2a=0,解得a=0或a=2.]
11.若|4+2i|+x+(3-2x)i=3+(y+5)i(i为虚数单位),其中x,y是实数,则|x+yi|=( )
A.5 B.
C.2 D.2
解析:A [由已知,得6+x+(3-2x)i=3+(y+5)i,所以解得所以|x+yi|=|-3+4i|=5.]
12.已知复数z满足|z|2-2|z|-3=0,则复数z对应的点Z构成的图形是( )
A.2个点 B.1个圆
C.2个圆 D.1条线段
解析:B [由|z|2-2|z|-3=0,得(|z|+1)(|z|-3)=0,因为|z|+1>0,所以|z|-3=0,即|z|=3,它表示复数z对应的点到原点的距离为3,即其轨迹是以原点为圆心,以3为半径的圆.]
13.已知复数z=3+ai(a∈R),且|z|<4,则实数a的取值范围为 ____________ .
解析:因为z=3+ai(a∈R),所以|z|=,由已知得32+a2<42,所以a2<7,所以a∈(-,).
答案:(-,)
14.复数z=(a-2)+(a+1)i,a∈R对应的点位于第二象限,则|z|的取值范围是 ____________ .
解析:复数z=(a-2)+(a+1)i对应的点的坐标为(a-2,a+1),因为该点位于第二象限,所以解得-1<a<2.
由条件得|z|==
==
,因为-1<a<2,所以|z|∈.
答案:
15.已知复数z1=+i,z2=-+i.
(1)求|z1|及|z2|并比较大小;
(2)设z∈C,满足条件|z2|≤|z|≤|z1|的点Z的轨迹是什么图形?
解:(1)|z1|==2,|z2|=
=1,∴|z1|>|z2|.
(2)由|z2|≤|z|≤|z1|及(1)知1≤|z|≤2.因为|z|的几何意义就是复数z对应的点到原点的距离,所以|z|≥1表示|z|=1所表示的圆外部所有点组成的集合,|z|≤2表示|z|=2所表示的圆内部所有点组成的集合,故符合题设条件点的集合是以O为圆心,以1和2为半径的两圆之间的圆环(包含圆周),如图所示.
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$$6.1.2 复数的几何意义
第六章 复数
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课堂·互动学案
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课后·素养提升
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第六章 复数
课程标准
素养解读
1.了解复平面的概念.
2.理解复数、复平面内的点、复平面内的向量之间的对应关系.
3.掌握复数模的概念,会求复数的模.
1.通过复数的几何意义的学习,提升直观想象等核心素养.
2.通过共轭复数和复数模的计算,提升数学运算和逻辑推理等核心素养.
我们知道,任意一个实数都可以用数轴上的点来表示,那么复数可否用点来表示呢?
[知识点一] 复平面
建立直角坐标系来表示复数的平面叫做 复平面 ,x轴称为 实轴 ,y轴称为 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.
即任一实数a与x轴上的点(a,0)一一对应,任一纯虚数bi(b≠0)与y轴上的点(0,b)一一对应.
[知识点二] 复数的几何意义
[知识点三] 复数的模
复数z=a+bi(a,b∈R)对应的向量eq \o(OZ,\s\up15(→))的长度称为复数z的模,记作|z|或|a+bi|,即|z|=|a+bi|= eq \r(a2+b2) .
[知识点四] 共轭复数
1.一般地,当两个复数的实部 相等 ,虚部 互为相反数 时,称这两个复数为互为共轭复数.
2.虚部不等于0的两个共轭复数也称为 共轭虚数 .
3.复数z的共轭复数用eq \o(z,\s\up6(-))表示,即如果z=a+bi,那么eq \o(z,\s\up6(-))= a-bi .
4.在复平面内,表示两个互为共轭复数的点关于实轴对称,并且它们的模相等.
1.实轴上的点表示实数,虚轴上的点表示虚数,这句话对吗?
提示:不正确.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,原点对应的有序实数对为(0,0),它所确定的复数是z=0+0i=0,表示的是实数.
2.复数z=a+bi(a,b∈R)的模的几何意义是什么?
提示:复数z=a+bi(a,b∈R)的模表示复平面内点(a,b)到原点的距离.
1.如果复数a+bi(a,b∈R)在复平面内的对应点在第二象限,则( )
A.a>0,b<0
B.a>0.b>0
C.a<0,b<0
D.a<0,b>0
解析:D [复数z=a+bi(a,b∈R)在复平面对应点的坐标为(a,b),由点(a,b)在第二象限可得a<0,b>0.]
2.复数z=1+3i的模等于( )
A.2
B.4
C.eq \r(10)
D.2eq \r(2)
解析:C [|z|=eq \r(12+32)=eq \r(10).]
3.若z=2-i,则复数eq \o(z,\s\up6(-))=( )
A.-2-i
B.-2+i
C.2-i
D.2+i
解析:D [复数z=2-i的共轭复数为eq \o(z,\s\up6(-))=2+i.]
复数与复平面内向量的对应
用复平面内的点和向量表示复数:2+3i,-2i,3,0.
[思路点拨] 正确画出复平面,利用复数z点和向量的对应关系作图.
[解] 如图所示,复数2+3i用点A(2,3)表示,向量为eq \o(OA,\s\up15(→));-2i用点B(0,-2)表示,向量为eq \o(OB,\s\up15(→));3用点C(3,0)表示,向量为eq \o(OC,\s\up15(→));0用原点O(0,0)表示,向量为0.
复数与点,向量的对应关系
复数的几何表示法即复数z=a+bi(a,b∈R)可以用复平面内的点Z(a,b)来表示,是解决此类问题的依据.
复数z与向量eq \o(OZ,\s\up15(→))是一一对应关系.
复数的有关问题转化为向量问题求解.
[变式训练]
1.在复平面内,画出表示复数3-i、4、2i的点和向量.
解:如图所示表示复数3-i的点为A(3,-1),向量为eq \o(OA,\s\up15(→));表示复数4的点为B(4,0),向量为eq \o(OB,\s\up15(→));表示复数2i的点为C(0,2),向量为eq \o(OC,\s\up15(→)).
求复数的模和共轭复数
求下列各复数的模和共轭复数.
(1)z1=1+eq \r(3)i;(2)z2=1-i;(3)z3=5i.
[思路点拨] 复数z=a+bi(a,b∈R)的模为|z|=eq \r(a2+b2),其共轭复数为eq \o(z,\s\up6(-))=a-bi.
[解] (1)因为a=1,b=eq \r(3),所以|z1|=eq \r(12+\r(3)2)=2,共轭复数为eq \o(z,\s\up6(-))1=1-eq \r(3)i.
(2)因为a=1,b=-1,所以|z2|=eq \r(12+-12)=eq \r(2),共轭复数为eq \o(z,\s\up6(-))2=1+i.
(3)因为a=0,b=5,所以|z3|=eq \r(02+52)=5,共轭复数为eq \o(z,\s\up6(-))3=-5i.
复数z=a+bi(a,b∈R)的模|z|=eq \r(a2+b2),其共轭复数为eq \o(z,\s\up6(-))=a-bi,分清复数的实部和虚部是解此类题的关键.
[变式训练]
2.求下列复数的模和共轭复数.
解:(1)|z1|=eq \r(42+-32)=5,eq \o(z,\s\up6(-))1=4+3i.
(2)|z2|=eq \r(52+122)=13,eq \o(z,\s\up6(-))2=5-12i.
(3)|z3|=eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))2+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(\r(3),2)))2)=1,eq \o(z,\s\up6(-))3=eq \f(1,2)+eq \f(\r(3),2)i.
复数模的几何意义
设z∈C,满足下列条件的点的集合分别是什么图形
(1)|z|=4.
(2)2<|z|<4.
[思路点拨] 复数z=a+bi(a,b∈R)的模|z|=eq \r(a2+b2)的几何意义是复平面上的点z(a,b)到原点的距离.
[解] (1)复数z的模等于4,就是说,向量eq \o(OZ,\s\up15(→))的模等于4,所以满足条件|z|=4的点Z的集合是以原点O为圆心,以4为半径的圆.
(2) 2<|z|<4可化为不等式组eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(|z|<4,,|z|>2.))不等式|z|<4
的解集是圆|z|=4内部所有的点组成的集合,不等式
|z|>2的解集是圆|z|=2外部所有的点组成的集合,这两
个集合的交集就是不等式组eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(|z|<4,,|z|>2.))所表示的集合.容
易看出,点Z的集合是以原点O为圆心,以2及4为半
径的圆所夹的圆环,但不包括圆环的边界.
解复数所对应点的图形问题常用两种方法
方法一:根据|z|表示点Z和原点间的距离,直接判定图形形状.
方法二:利用模的定义,把复数问题转化为实数问题来解决,这也是本章的一种重要思想方法.
[变式训练]
3.设复数z在复平面内对应的点为Z,问满足下列条件的点Z的集合是什么图形?
(1)|z|=3;
(2)2≤|z|≤3.
解: (1)由|z|=3知,向量eq \o(OZ,\s\up15(→))的模等于3,所以满足条件|z|=3的点Z的集合是以原点为圆心、以3为半径的圆.
(2)不等式2≤|z|≤3可化为eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(|z|≥2,,|z|≤3.))满足
条件|z|≥2的点Z在以原点O为圆心、以2为
半径的圆上或其外部,满足条件|z|≤3的点Z在
以原点O为圆心、以3为半径的圆上或其内部.
因此,满足条件2≤|z|≤3的点的集合是以原点O为圆心、分别以2和3为半径的两个圆所围成的圆环且包括圆环的边界.
1.复数z=-1-2i(i为虚数单位)在复平面内对应的点位于( )
A.第一象限
B.第二象限
C.第三象限
D.第四象限
解析:C [z=-1-2i对应点Z(-1,-2),位于第三象限.]
2.在复平面内,O为原点,向量eq \o(OA,\s\up15(→))对应的复数为-1-2i,若点A关于实轴的对称点为B,则向量eq \o(OB,\s\up15(→))对应的复数为( )
A.-2-i
B.2+i
C.1+2i
D.-1+2i
解析:D [由题意可知,点A的坐标为(-1,-2),则点B的坐标为(-1,2),故向量eq \o(OB,\s\up15(→))对应的复数为-1+2i.]
3.已知z1=5+3i,z2=5+4i,下列选项中正确的是( )
A.z1>z2
B.z1<z2
C.|z1|>|z2|
D.|z1|<|z2|
解析:D [|z1|=|5+3i|=eq \r(52+32)=eq \r(34).|z2|=|5+4i|=eq \r(52+42)=eq \r(41).因为eq \r(34)<eq \r(41),所以|z1|<|z2|.]
4.复数eq \r(3)i的共轭复数的模等于 ____________ .
解析:复数eq \r(3)i的共轭复数为-eq \r(3)i,故其模为eq \r(3).
答案:eq \r(3)
$$