10.3 复数的三角形式及其运算(Word教参)-【学霸笔记·同步精讲】2024-2025学年高中数学选择性必修第四册（人教B版）

本讲义聚焦高中数学复数的三角形式及其运算，从复数几何意义（复平面内点与向量）切入，通过向量模和辐角定义三角形式（含模、辐角、主值），系统梳理代数与三角形式互化、乘除运算法则（模积商、辐角和差）及几何意义，构建完整学习支架。 该资料以“思考”引导学生用数学眼光观察向量与复数关系，通过步骤化例题（如代数转三角四步法）培养数学思维，结合跟踪训练和向量旋转等几何应用提升数学语言表达。课中助教师清晰授课，课后学生可借例题回顾查漏补缺。

*10.3　复数的三角形式及其运算 1.通过复数的几何意义，了解复数的三角形式，了解复数的代数形式与三角形式之间的关系．　2.了解复数乘、除运算的三角形式及其几何意义． 我们知道，复数可以用a＋bi(a，b∈R)的形式来表示，复数a＋bi与复平面内的点Z(a，b)一一对应，与平面向量＝(a，b)也是一一对应的． 思考　能否用向量的模r和以x轴的非负半轴为始边，以向量所在射线(射线OZ)为终边的角θ来表示复数z吗？ 提示：可以由复数z的模和复平面内以x轴的非负半轴为始边、向量所在射线为终边的角来确定． 一般地，如果非零复数z＝a＋bi(a，b∈R)在复平面内对应点Z(a，b)，且r为向量的模，θ是以x轴非负半轴为始边、射线OZ为终边的一个角，则r＝|z|＝，根据任意角余弦、正弦的定义可知cos θ＝，sin θ＝，因此a＝r cos θ，b＝r sin θ，如图所示，从而z＝a＋bi＝________________称为非零复数z＝a＋bi的三角形式(对应地，a＋bi称为复数的代数形式)，其中的θ称为z的__________． 特别地，在[0，2π)内的辐角称为z的辐角________，记作________． [答案自填] r(cos θ＋isin θ)　辐角　主值　arg z 角度1　复数的代数形式化为三角形式 　(对接教材例1)把下列复数的代数形式化成三角形式． (1)3－i； (2)－i. 【解】　(1)r＝ ＝2. 因为与3－i对应的点在第四象限， 所以arg(3－i)＝， 所以3－i＝2(cos ＋isin ). (2)r＝ ＝2. 因为与－i对应的点在第四象限， 所以arg(－i)＝， 所以－i＝2(cos ＋isin ). 复数的代数形式转化为三角形式的步骤 (1)先求复数的模； (2)判断辐角所在的象限； (3)根据象限求出辐角； (4)求出复数的三角形式． 角度2　复数的三角形式化成代数形式 　把下列复数的三角形式化成代数形式． (1)4(cos ＋isin )； (2)3(cos ＋isin ). 【解】　(1)4(cos ＋isin )＝4cos ＋(4 sin )i＝4×＋(4×)i＝2＋2i.　 (2)3(cos ＋isin )＝3cos ＋(3sin )i＝3×(－)＋3×(－)i＝－－i. 将复数的三角形式化为复数代数形式的方法是：复数三角形式z＝r(cos A＋isin A)，代数形式为z＝x＋yi，对应实部等于实部，虚部等于虚部，即x＝r cos A，y＝r sin A． [跟踪训练1] (1)下列复数中是三角形式的是　(　　) A．2(cos －isin ) B．2(cos ＋isin ) C．2(sin －icos ) D.－2(sin －icos ) 解析：选B.复数的三角形式是r(cos θ＋isin θ)，观察所给的四个复数，只有B中的复数是三角形式，注意式子中各个位置的符号． (2)复数10(cos ＋isin )表示成代数形式为____________． 解析：10(cos ＋isin )＝10(－－i)＝－5－5i. 答案：－5－5i 1．乘法运算法则 设z1＝r1(cos θ1＋isin θ1)，z2＝r2(cos θ2＋isin θ2)，则z1z2＝____________________． 这就是说，两个复数相乘，积的模等于各复数的模的________，积的辐角等于各复数的辐角的________． 特别地，如果n∈N，则[r(cos θ＋isin θ)]n＝rn[cos (nθ)＋isin (nθ)]. 2．除法运算法则 设z1＝r1(cos θ1＋isin θ1)，z2＝r2(cos θ2＋isin θ2)，且z2≠0，则＝______________． 这就是说，两个复数相除，商的模等于被除数的模除以除数的模所得的____________，商的辐角等于被除数的辐角减去除数的辐角所得的____________． [答案自填] r1r2[cos (θ1＋θ2)＋isin(θ1＋θ2)]　积　和　[cos (θ1－θ2)＋isin (θ1－θ2)]　商　差 　计算下列各式，并把结果化为代数形式： (1)5(cos ＋isin )·2(cos ＋isin )； (2). 【解】　(1)5(cos ＋isin )·2(cos ＋isin )＝10(cos ＋isin )＝10(＋i) ＝＋i. (2)＝ ＝4[cos (－)＋isin (－)] ＝4(－i) ＝2－2i. 在进行复数三角形式的乘法、除法运算时，注意先将复数化为三角形式，再按法则进行运算，当不要求把计算结果化为代数形式时，也可以用三角形式表示． [跟踪训练2] (1)若z＝cos 30°＋isin 30°，则arg z2＝(　　) A．30° B．60° C．90° D．120° 解析：选B.由z2＝(cos 30°＋isin 30°)2＝cos 60°＋isin 60°，所以arg z2＝60°.故选B. (2)计算(cos 40°＋isin 40°)÷(cos 10°＋isin 10°)＝_____________.(用代数形式表示) 解析：＝cos (40°－10°)＋isin(40°－10°)＝cos 30°＋isin 30°＝＋i. 答案：＋i 三　复数三角形式乘、除法运算的几何意义 　已知复数z＝(m＋3)－(m＋1)i在复平面内对应的点在第一象限，i是虚数单位． (1)求实数m的取值范围； (2)当m＝－2时，求复数z的三角形式； (3)若在复平面内，向量对应(2)中的复数z，把绕点O按顺时针方向旋转60°得到，求向量对应的复数z1(结果用代数形式表示). 【解】　(1)因为复数z＝(m＋3)－(m＋1)i在复平面内对应的点在第一象限， 所以解得－3<m<－1， 所以实数m的取值范围为(－3，－1). (2)当m＝－2时，z＝1＋i， 所以r＝＝， cos θ＝sin θ＝＝， 所以θ＝45°，所以z＝(cos 45°＋isin 45°). (3)方法一(代数运算)：根据题意得z＝1＋i在复平面内对应的向量＝(1，1)，将其顺时针旋转60°后得到向量，则对应的复数z1＝＝＝＋i. 方法二(三角运算)：根据题意得z＝1＋i在复平面内对应的向量＝(1，1)，将其顺时针旋转60°后得到向量，则z1＝＝[cos (45°－60°)＋isin (45°－60°)]＝(cos 15°－isin 15°). 又因为cos 15°＝，sin 15°＝， 所以z1＝(－i)＝＋i. 两个复数z1＝r1(cos θ1＋isin θ1)，z2＝r2(cos θ2＋isin θ2)相乘时，如图，先分别画出与z1，z2对应的向量，，然后把向量绕点O按逆时针方向旋转角θ2(如果θ2<0，就要把绕点O按顺时针方向旋转角|θ2|)，再把它的模变为原来的r2倍，得到向量，表示的复数就是积z1z2，即z1z2＝r1r2[cos (θ1＋θ2)＋isin (θ1＋θ2)]，当z1，z2相除时，＝[cos (θ1－θ2)＋isin (θ1－θ2)]. [跟踪训练3] 已知＝(1，1)，将绕原点O按逆时针方向旋转得到，则点Z对应的复数为____________． 解析：由题意得点P对应的复数为1＋i.由复数乘法的几何意义得 z＝(1＋i)(cos ＋isin )＝＋i. 答案：＋i [学生用书P35] 1．(教材P48T3(2)改编)复数z＝1－i(i为虚数单位)的三角形式为(　　) A．z＝(sin 45°－icos 45°) B．z＝(cos 45°－isin 45°) C．z＝[cos (－45°)－isin (－45°)] D．z＝[cos (－45°)＋isin (－45°)] 解析：选D.依题意得r＝＝，复数z＝1－i在复平面内对应的点在第四象限，且cos θ＝，因此arg z＝315°，结合选项知D正确．故选D. 2．[(cos ＋isin )]×[(cos －isin )]＝(　　) A．－i B．＋i C．＋i D．－i 解析：选C.原式＝(cos ＋isin )×[cos (－)＋isin (－)]＝(cos ＋isin )＝＋i. 3．若|z|＝2，arg z＝，则复数z＝________．(用代数形式表示) 解析：因为|z|＝2，arg z＝， 所以z＝2(cos ＋isin )＝1＋i. 答案：1＋i 4．把复数z1与z2对应的向量，分别绕原点O按逆时针方向旋转和后，与向量重合且模相等，已知z2＝－1－i，求复数z1的代数形式和它的辐角的主值． 解：由复数乘法的几何意义得 z1(cos ＋isin )＝z2(cos ＋isin ). 又z2＝－1－i＝2(cos ＋isin )， 所以z1＝ ＝2[cos (3π－)＋isin (3π－)] ＝2(cos ＋isin )＝－＋i， 因此复数z1的辐角的主值为. 1．已学习：复数三角形式、复数三角形式乘、除运算及其几何意义． 2．须贯通：复数的代数形式与三角形式的相互转化；运用复数乘、除法的几何意义时，关键要明确模与辐角的变化，抓住向量与复数间的对应关系． 3．应注意：(1)复数的三角形式的结构特征：模非负，角相同，余弦前，加号连； (2)利用复数三角形式乘、除时，复数必须是三角形式的标准形式． 学科网（北京）股份有限公司 $