内容正文:
复数及其运算
课前必备知识
课标要求
1.理解复数的基本概念,理解复数相等的充要条件.2.了解复数的代数表示法及其几何意义.3.会进行复数代数形式的四则运算,了解复数代数形式的加、减运算的几何意义.
知识梳理
1.复数的有关概念
(1)复数的概念:形如__a+bi__的数叫做复数,其中__a__为实部,__b__为虚部,i是__虚数__单位,且满足i2=__-1__,全体复数组成的集合C叫做__复数集__.
(2)复数的分类:
①a+bi(a,b∈R)为实数⇔__b=0__;
②a+bi(a,b∈R)为虚数⇔__b≠0__;
③a+bi(a,b∈R)为纯虚数⇔__a=0,且b≠0__.
(3)复数相等的充要条件:
a+bi=c+di⇔__a=c且b=d__(a,b,c,d∈R).
特别地,a+bi=0⇔__a=b=0__(a,b∈R).
2.复数的几何意义
(1)复平面:建立了直角坐标系来表示复数的平面叫做复平面,x轴叫做__实__轴,y轴叫做__虚__轴.
(2)复数z=a+bi(a,b∈R)与复平面上的点__Z(a,b)__及平面向量=__(a,b)__是一一对应关系.
(3)复数的模:对应复数z的向量的模叫做复数z=a+bi的模,记作|z|或|a+bi|.
|z|=|a+bi|=____.
3.共轭复数
(1)定义:当两个复数实部相等,虚部互为相反数时,这两个复数叫做互为__共轭复数__,复数z的共轭复数用____表示.
(2)代数形式:a+bi与a-bi互为共轭复数(a,b∈R),即z=a+bi⇔=__a-bi__.
(3)几何意义:非零复数z1,z2互为共轭复数⇔它们的对应点Z1,Z2(或向量,)关于__实轴__对称.
4.复数的运算
(1)运算法则:设z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d∈R).
运 算
运算法则
加减法
z1±z2=(a+bi)±(c+di)
=__(a±c)+(b±d)i__
乘 法
z1z2=(a+bi)(c+di)
=__(ac-bd)+(ad+bc)i__
除 法
==__+i__
(2)复数加、减法的几何意义
①复数加法的几何意义
若复数z1,z2对应的向量,不共线,则复数z1+z2是以,为两邻边的平行四边形的__对角线__所对应的复数.
②复数减法的几何意义
复数z1-z2是连接,的__终点__所对应的向量,并指向__被减数z1所对应的点Z1__所对应的复数.
③复平面内的两点间的距离公式d=__|z1-z2|__.
其中z1,z2是复平面内的两点Z1和Z2所对应的复数,d为点Z1与Z2的距离.
常用结论
复数的三角形式
(1)任何一个复数z=a+bi(a,b∈R)都可以表示成z=r(cos θ+isin θ)的形式,其中r=,cos θ=,sin θ=,tan θ=(a≠0),我们把z=r(cos θ+isin θ)叫复数的三角形式.
(2)复数乘、除运算的三角表示:
已知复数z1=r1(cos θ1+isin θ1),z2=r2(cos θ2+isin θ2),则z1z2=r1r2[cos (θ1+θ2)+isin (θ1+θ2)],=[cos (θ1-θ2)+isin (θ1-θ2)
课前训练
1.(教材母题必修7.1.2练习T2)复数z=-2+i所对应的点位于复平面的( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
解析:B z=-2+i的实部为-2、虚部为1,在复平面上对应点的坐标为(-2,1),位于第二象限.故选B.
2.(教材母题必修习题7.1T2)已知m∈R,若复数z=m2+m-2-(m-1)i(i为虚数单位)是纯虚数,则m=( )
A.1 B.-2
C.1或-2 D.2
解析:B 已知复数z=m2+m-2-(m-1)i是纯虚数,则m2+m-2=0且m-1≠0,得m=-2.故选B.
3.(2023·新课标Ⅱ卷)已知z=-1-i,则|z|=( )
A.0 B.1
C. D.2
解析:C 若z=-1-i,则|z|==.故选C.
4.(2023·全国甲卷)设a∈R,(a+i)(1-ai)=2,则a=( )
A.-1 B.0
C.1 D.2
解析:C 因为(a+i)(1-ai)=a-a2i+i+a=2a+(1-a2)i=2,所以解得a=1.故选C.
5.(2023·新课标Ⅰ卷)若=1+i,则z=( )
A.-1-i B.-1+i
C.1-i D.1+i
解析:C 因为==1+=1+i,所以z=1+=1-i.故选C.
课堂核心考点
考点1 复数的概念
【例1】 (1)已知a∈R,若复数z=a2-1+(a+1)i为纯虚数,则复数a-i在复平面内对应的点所在的象限为( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
(2)(2025·江苏苏州模拟预测)设z=a+bi(a,b∈R)(i为虚数单位)为复数,则下列说法正确的是( )
A.若z是纯虚数,则a=0或b≠0
B.复数z模长的平方值等于复数z的平方值
C.若z的模长为1,则|z+i|的最大值为2
D.若|z-1|=1,则0<|z|≤2
解析:(1)D 因为z=(a2-1)+(a+1)i为纯虚数,
所以解得a=1,
所以复数a-i=1-i,其在复平面内对应的点(1,-1)在第四象限,故选D.
(2)C 对于A,若z是纯虚数,则a=0且b≠0,A错误;
对于B,取z=1+i,则|z|2=1+1=2,z2=(1+i)2=2i,则|z|2≠z2,B错误;
对于C,因为|z|=1,则|z+i|≤|z|+|i|=2,当且仅当z=i时,等号成立,即|z+i|的最大值为2,C正确;
对于D,因为|z-1|=1,设z-1=cos θ+isin θ,则z=1+cos θ+isin θ,所以|z|==∈[0,2],D错误.故选C.
(1)本题主要考查了复数的实部、虚部,复数的模,共轭复数等概念,考查了复数的基本运算.
(2)处理复数的基本概念问题,常常要结合复数的运算把复数化为a+bi的形式,然后从定义出发,把复数问题转化为实数问题来处理.
(3)判断一个与复数有关的命题为真,需要利用复数相关的知识进行证明,而要判断为假时,只需要举出反例即可.
变式探究
1.已知复数z=(a-3i)(3+2i)(a∈R)的实部与虚部的和为7,则实数a的值为( )
A.1 B.0
C.2 D.-2
解析:C z=(a-3i)(3+2i)=3a+2ai-9i-6i2=3a+6+(2a-9)i,所以复数z的实部与虚部分别为3a+6,2a-9,于是3a+6+2a-9=7,解得a=2,故选C.
2.设2(z+)+3(z-)=4+6i,则z=( )
A.1-2i B.1+2i
C.1+i D.1-i
解析:C 设z=a+bi,则=a-bi,
则2(z+)+3(z-)=4a+6bi=4+6i,
所以解得a=b=1,因此z=1+i.故选C.
3.(2024·湖南衡阳三模)已知1-2i是关于x的方程x2+px+q=0(其中p,q为实数)的一个根,则p-q的值为________.
解析:-7 (方法1)由已知可得(1-2i)2+p(1-2i)+q=0,即(p+q-3)-(4+2p)i=0,
所以解得所以p-q=-7.
(方法2)因为1-2i是关于x的方程x2+px+q=0(其中p,q为实数)的一个根,
所以1+2i也是该方程的一个根,
由韦达定理得
解得所以p-q=-7.
考点2 复数的四则运算
【例2】 (1)(2025·江西赣州一模)已知i为虚数单位,=2+bi(a,b∈R),则|a+bi|=( )
A.1 B.
C.2 D.4
(2)(2025·广东茂名期中)已知复数z满足z(1-i)=2,则|z|·=( )
A.+ B.-i
C.-i D.+i
(3)若复数z=,则z+z2+z3+…+z99=( )
A.-1 B.1
C.-1+i D.1-i
解析:(1)B 由=2+bi可得3+ai=(2+bi)(1-i)=(2+b)+(b-2)i,
则解得
则|a+bi|=|-1+i|=.故选B.
(2)C 因为复数z满足z(1-i)=2,
所以z===+i,所以|z|==1,=-i,则|z|·=-i.故选C.
(3)A 因为z==
==i,
又i+i2+i3+i4=0,
所以z+z2+z3+…+z99
=i+i2+i3+i4+…+i93+i94+i95+i96+i97+i98+i99
=(i+i2+i3+i4)+…+(i93+i94+i95+i96)+i97+i98+i99
=i97+i98+i99
=i+i2+i3=-1.故选A.
(1)复数的四则运算的解题策略
①复数的加减乘法可类比多项式的运算,除法的关键是分子分母同乘以分母的共轭复数.
②复数的乘、除运算可以互相转化,运算时,要根据题目特点合理转化.
(2)几个常用结论
在进行复数的运算时,掌握以下结论,可提高计算速度.
①(1±i)2=±2i;=i,=-i.
②i(a+bi)=-b+ai.
③i2=-1,i4n=1,i4n+1=i,i4n+2=-1,i4n+3=-i,i4n+i4n+1+i4n+2+i4n+3=0,n∈N*.
变式探究
4.已知i为虚数单位,复数z满足(3+4i)z=25,则z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:D 已知(3+4i)z=25,
则z===3-4i.
故z在复平面内对应的点为(3,-4),位于第四象限,故选D.
5.已知复数z满足(z+i)(1+i)=2-i,其中i为虚数单位,则z=______,|z|=______.
解析:-i 由题意得z=-i=-i=-i-i=-i,
所以|z|==.
6.(2025·广东广州模拟)已知(1+i)z=4i,z是关于x的实系数方程x2+mx+n=0(其中m,n为实数)的一个根,则mn=________.
解析:-32 由题意得
z===2+2i,=2-2i.
(方法1)将z代入方程有(2+2i)2+m(2+2i)+n=0,化简得2m+n+(8+2m)i=0.
所以解得所以mn=-32.
(方法2)因为z,都是方程的根,由韦达定理有m=-(z+)=-4,n=z=8,
所以mn=-32.
考点3 复数的几何意义
【例3】 (1)复平面内A,B,C三点所对应的复数分别为1-i,2-i,3+i,若四边形ABCD为平行四边形,则点D对应的复数为( )
A.2 B.2+i
C.1 D.1+i
(2)设复数z1,z2满足|z1|=|z2|=2,z1+z2=+i,则|z1-z2|=________.
(3)(多选)已知复数z1对应的向量为,复数z2对应的向量为,则( )
A.若|z1+z2|=|z1-z2|,则⊥
B.若(+)⊥(-),则|z1|=|z2|
C.若z1与z2在复平面上对应的点关于实轴对称,则z1z2=|z1z2|
D.若|z1|=|z2|,则z=z
解析:(1)B 由题意知A,B,C三点的坐标为A(1,-1),B(2,-1),C(3,1),设复平面内点D(x,y),则=(1,0),=(3-x,1-y),又四边形ABCD是复平面内的平行四边形,则=,则解得则D(2,1).故选B.
(2)2 设z1,z2在复平面内对应的向量分别为,.
由题意知||=||=2,|+|=|+i|=2,
则以,为邻边的平行四边形为菱形,且∠Z2OZ1=120°,如图所示,
则|z1-z2|=|-|=2.
(3)ABC 因为 |z1+z2|=|z1-z2|,
所|+|=|-|,
则|+|2=|-|2,
即4·=0,则⊥,A正确;
因为(+)⊥(-),
所以(+)·(-)=0,
即2=2,则|z1|=|z2|,B正确;
设z1=a+bi(a,b∈R),
因为z1与z2在复平面上对应的点关于实轴对称,则z2=a-bi(a,b∈R),
所以z1z2=a2+b2,|z1z2|=a2+b2,则z1z2=|z1z2|,C正确;
设z1=1+i,z2=1-i满足|z1|=|z2|,而z≠z,D错误.
(1)复平面内的点、向量与复数之间可以建立一一对应关系,这是复数的几何意义.
(2)复数加、减法的几何意义就是对应的向量加、减法的平行四边形法则(或三角形法则).在解题时,要充分理解几何意义的本质,明确向量对应的复数与某一点对应的复数的异同.
变式探究
7.设复数z1,z2满足|z1|=|z2|=1,z1-z2=-+i,则|z1+z2|=( )
A.1 B.
C. D.
解析:D 由题设,|z1-z2|2=(z1-z2)·(1-2)=z11-z21-z12+z22=1,
又|z1|=|z2|=1,所以z21+z12=1,
而|z1+z2|2=(z1+z2)(1+2)=z11+z21+z12+z22,所以|z1+z2|2=3,
故|z1+z2|=.故选D.
8.已知z1,z2∈C,且|z1|=1,若z1+z2=2i,则|z1-z2|的最大值是( )
A.6 B.5
C.4 D.3
解析:C 设z1=a+bi(a,b∈R),|z1|=1,
故a2+b2=1,z1+z2=2i,则z2=-a+(2-b)i,
|z1-z2|=|2a+(2b-2)i|
=
==,
由b∈[-1,1],当b=-1时,|z1-z2|有最大值4.故选C.
9.(多选)已知z1,z2∈C,且|z1|=,|z1+z2|=10,则( )
A.当z1=1-i,z2=x+yi(x,y∈R)时,必有(x+1)2+(y-1)2=10
B.复数z1在复平面内所对应的点的轨迹是以原点为圆心、半径为的圆
C.|z1-i|min=1+
D.||max=1+5
解析:BD |z1+z2|=10(x+1)2+(y-1)2=100,A错误;
因为|z1|=,故B正确;
|z1-i|≥||z1|-|i||=-1,当z1与i对应的向量同向时取等号,C错误;
||==
≤==1+5,
当z1+z2与z1对应的向量反向时取等号,D正确.故选BD.
考点4 复数三角形式及应用
【例4】 (1)在复平面内,O为坐标原点,复数z对应的点为Z(1,0),将向量按逆时针方向旋转30°得到,则对应的复数z′为( )
A.+i B.+i
C.-i D.-i
(2)4(cos π+isin π)÷2(cos +isin )=( )
A.1+i B.1-i
C.-1+i D.-1-i
解析:(1)A 设z'=a+bi,由题意知,a=cos 30°=,b=sin 30°=,所以z′=+i,故选A.
(2)C 4(cos π+isin π)÷2(cos +isin )=2[cos (π-)+isin (π-)]=2(cos +isin )=-1+i,故选C.
复数三角形式的乘、除运算一般步骤:
(1)化(确认)复数表示的形式为“标准式”z=r(cos θ+isin θ)(r≥0);
(2)依据复数三角形式的乘、除运算的运算法则进行计算;
(3)整理化简.
变式探究
10.将复数3(cos +isin )化为代数形式为________________.
解析:-+i 由题得3(cos +isin )=3(-+i)=-+i.
11.(cos 75°+isin 75°)×(-i)9=( )
A.+i B.-i
C.+i D.-i
解析:A (-i)9
=[(-i)2×(-i)2]2×(-i)
=[(-i-)×(-i-)]2×(-i)
=-i,
(cos 75°+isin 75°)×(-i)
=(cos 75°+isin 75°)×(cos 315°+isin 315°)
=cos (75°+315°)+isin (75°+315°)
=cos 390°+isin 390°=cos 30°+isin 30°
=+i,故选A.
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复数及其运算
课前必备知识
课标要求
1.理解复数的基本概念,理解复数相等的充要条件.2.了解复数的代数表示法及其几何意义.3.会进行复数代数形式的四则运算,了解复数代数形式的加、减运算的几何意义.
知识梳理
1.复数的有关概念
(1)复数的概念:形如__a+bi__的数叫做复数,其中__a__为实部,__b__为虚部,i是__虚数__单位,且满足i2=__-1__,全体复数组成的集合C叫做__复数集__.
(2)复数的分类:
①a+bi(a,b∈R)为实数⇔__b=0__;
②a+bi(a,b∈R)为虚数⇔__b≠0__;
③a+bi(a,b∈R)为纯虚数⇔__a=0,且b≠0__.
(3)复数相等的充要条件:
a+bi=c+di⇔__a=c且b=d__(a,b,c,d∈R).
特别地,a+bi=0⇔__a=b=0__(a,b∈R).
2.复数的几何意义
(1)复平面:建立了直角坐标系来表示复数的平面叫做复平面,x轴叫做__实__轴,y轴叫做__虚__轴.
(2)复数z=a+bi(a,b∈R)与复平面上的点__Z(a,b)__及平面向量=__(a,b)__是一一对应关系.
(3)复数的模:对应复数z的向量的模叫做复数z=a+bi的模,记作|z|或|a+bi|.
|z|=|a+bi|=____.
3.共轭复数
(1)定义:当两个复数实部相等,虚部互为相反数时,这两个复数叫做互为__共轭复数__,复数z的共轭复数用____表示.
(2)代数形式:a+bi与a-bi互为共轭复数(a,b∈R),即z=a+bi⇔=__a-bi__.
(3)几何意义:非零复数z1,z2互为共轭复数⇔它们的对应点Z1,Z2(或向量,)关于__实轴__对称.
4.复数的运算
(1)运算法则:设z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d∈R).
运 算
运算法则
加减法
z1±z2=(a+bi)±(c+di)
=__(a±c)+(b±d)i__
乘 法
z1z2=(a+bi)(c+di)
=__(ac-bd)+(ad+bc)i__
除 法
==__+i__
(2)复数加、减法的几何意义
①复数加法的几何意义
若复数z1,z2对应的向量,不共线,则复数z1+z2是以,为两邻边的平行四边形的__对角线__所对应的复数.
②复数减法的几何意义
复数z1-z2是连接,的__终点__所对应的向量,并指向__被减数z1所对应的点Z1__所对应的复数.
③复平面内的两点间的距离公式d=__|z1-z2|__.
其中z1,z2是复平面内的两点Z1和Z2所对应的复数,d为点Z1与Z2的距离.
常用结论
复数的三角形式
(1)任何一个复数z=a+bi(a,b∈R)都可以表示成z=r(cos θ+isin θ)的形式,其中r=,cos θ=,sin θ=,tan θ=(a≠0),我们把z=r(cos θ+isin θ)叫复数的三角形式.
(2)复数乘、除运算的三角表示:
已知复数z1=r1(cos θ1+isin θ1),z2=r2(cos θ2+isin θ2),则z1z2=r1r2[cos (θ1+θ2)+isin (θ1+θ2)],=[cos (θ1-θ2)+isin (θ1-θ2)
课前训练
1.(教材母题必修7.1.2练习T2)复数z=-2+i所对应的点位于复平面的( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
2.(教材母题必修习题7.1T2)已知m∈R,若复数z=m2+m-2-(m-1)i(i为虚数单位)是纯虚数,则m=( )
A.1 B.-2
C.1或-2 D.2
3.(2023·新课标Ⅱ卷)已知z=-1-i,则|z|=( )
A.0 B.1
C. D.2
4.(2023·全国甲卷)设a∈R,(a+i)(1-ai)=2,则a=( )
A.-1 B.0
C.1 D.2
5.(2023·新课标Ⅰ卷)若=1+i,则z=( )
A.-1-i B.-1+i
C.1-i D.1+i
课堂核心考点
考点1 复数的概念
【例1】 (1)已知a∈R,若复数z=a2-1+(a+1)i为纯虚数,则复数a-i在复平面内对应的点所在的象限为( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
(2)(2025·江苏苏州模拟预测)设z=a+bi(a,b∈R)(i为虚数单位)为复数,则下列说法正确的是( )
A.若z是纯虚数,则a=0或b≠0
B.复数z模长的平方值等于复数z的平方值
C.若z的模长为1,则|z+i|的最大值为2
D.若|z-1|=1,则0<|z|≤2
(1)本题主要考查了复数的实部、虚部,复数的模,共轭复数等概念,考查了复数的基本运算.
(2)处理复数的基本概念问题,常常要结合复数的运算把复数化为a+bi的形式,然后从定义出发,把复数问题转化为实数问题来处理.
(3)判断一个与复数有关的命题为真,需要利用复数相关的知识进行证明,而要判断为假时,只需要举出反例即可.
变式探究
1.已知复数z=(a-3i)(3+2i)(a∈R)的实部与虚部的和为7,则实数a的值为( )
A.1 B.0
C.2 D.-2
2.设2(z+)+3(z-)=4+6i,则z=( )
A.1-2i B.1+2i
C.1+i D.1-i
3.(2024·湖南衡阳三模)已知1-2i是关于x的方程x2+px+q=0(其中p,q为实数)的一个根,则p-q的值为________.
考点2 复数的四则运算
【例2】 (1)(2025·江西赣州一模)已知i为虚数单位,=2+bi(a,b∈R),则|a+bi|=( )
A.1 B.
C.2 D.4
(2)(2025·广东茂名期中)已知复数z满足z(1-i)=2,则|z|·=( )
A.+ B.-i
C.-i D.+i
(3)若复数z=,则z+z2+z3+…+z99=( )
A.-1 B.1
C.-1+i D.1-i
(1)复数的四则运算的解题策略
①复数的加减乘法可类比多项式的运算,除法的关键是分子分母同乘以分母的共轭复数.
②复数的乘、除运算可以互相转化,运算时,要根据题目特点合理转化.
(2)几个常用结论
在进行复数的运算时,掌握以下结论,可提高计算速度.
①(1±i)2=±2i;=i,=-i.
②i(a+bi)=-b+ai.
③i2=-1,i4n=1,i4n+1=i,i4n+2=-1,i4n+3=-i,i4n+i4n+1+i4n+2+i4n+3=0,n∈N*.
变式探究
4.已知i为虚数单位,复数z满足(3+4i)z=25,则z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
5.已知复数z满足(z+i)(1+i)=2-i,其中i为虚数单位,则z=______,|z|=______.
6.(2025·广东广州模拟)已知(1+i)z=4i,z是关于x的实系数方程x2+mx+n=0(其中m,n为实数)的一个根,则mn=________.
考点3 复数的几何意义
【例3】 (1)复平面内A,B,C三点所对应的复数分别为1-i,2-i,3+i,若四边形ABCD为平行四边形,则点D对应的复数为( )
A.2 B.2+i
C.1 D.1+i
(2)设复数z1,z2满足|z1|=|z2|=2,z1+z2=+i,则|z1-z2|=________.
(3)(多选)已知复数z1对应的向量为,复数z2对应的向量为,则( )
A.若|z1+z2|=|z1-z2|,则⊥
B.若(+)⊥(-),则|z1|=|z2|
C.若z1与z2在复平面上对应的点关于实轴对称,则z1z2=|z1z2|
D.若|z1|=|z2|,则z=z
(1)复平面内的点、向量与复数之间可以建立一一对应关系,这是复数的几何意义.
(2)复数加、减法的几何意义就是对应的向量加、减法的平行四边形法则(或三角形法则).在解题时,要充分理解几何意义的本质,明确向量对应的复数与某一点对应的复数的异同.
变式探究
7.设复数z1,z2满足|z1|=|z2|=1,z1-z2=-+i,则|z1+z2|=( )
A.1 B.
C. D.
8.已知z1,z2∈C,且|z1|=1,若z1+z2=2i,则|z1-z2|的最大值是( )
A.6 B.5
C.4 D.3
9.(多选)已知z1,z2∈C,且|z1|=,|z1+z2|=10,则( )
A.当z1=1-i,z2=x+yi(x,y∈R)时,必有(x+1)2+(y-1)2=10
B.复数z1在复平面内所对应的点的轨迹是以原点为圆心、半径为的圆
C.|z1-i|min=1+
D.||max=1+5
考点4 复数三角形式及应用
【例4】 (1)在复平面内,O为坐标原点,复数z对应的点为Z(1,0),将向量按逆时针方向旋转30°得到,则对应的复数z′为( )
A.+i B.+i
C.-i D.-i
(2)4(cos π+isin π)÷2(cos +isin )=( )
A.1+i B.1-i
C.-1+i D.-1-i
复数三角形式的乘、除运算一般步骤:
(1)化(确认)复数表示的形式为“标准式”z=r(cos θ+isin θ)(r≥0);
(2)依据复数三角形式的乘、除运算的运算法则进行计算;
(3)整理化简.
变式探究
10.将复数3(cos +isin )化为代数形式为________________.
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