内容正文:
10.2.2 复数的乘法和除法
第十章 复数
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第十章 复数
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课前 预习学案
课堂 互动学案
01
02
随堂 步步夯实
03
课后 素养提升
04
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课时作业
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第十章 复数
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课程标准
素养解读
掌握复数代数形式的乘法和除法运算,理解复数乘法的交换律、结合律和乘法对加法的分配律.
通过学习复数代数形式的乘法和除法运算,提升数学运算素养.通过学习复数乘法的交换律、结合律及乘法对加法的分配律,培养数学抽象素养.
[情境引入]
两个实数的积、商是一个实数.那么两个复数的积、商是怎样的?怎样规定两个复数的乘除运算.才能使在复数集中的乘法、除法与原实数集中的有关规定相容?复数的加减运算把i看作一个字母.相当于多项式的合并同类项.那么复数乘法是否可以像多项式乘法那样进行呢?
问题 多项式(a+b)(c+d)的运算结果是什么?
提示 (a+b)(c+d)=ca+ad+bc+bd.
[知识梳理]
[知识点一] 复数的乘法法则
设z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d∈R)是任意两个复数,那么它们的积(a+bi)(c+di)=ac+bci+adi+bdi2= (ac-bd)+(ad+bc)i .
z1·eq \o(z,\s\up6(-))1=|z1|2=|eq \o(z,\s\up6(-))1|2= a2+b2 .
[知识点二] 复数乘法的运算律
对于任意z1,z2,z3∈C,有交换律:z1z2= z2z1 ,
结合律:(z1z2)z3= z1(z2z3) ,
乘法对加法的分配律:z1(z2+z3)= z1z2+z1z3 .
[知识点三] 复数的除法
复数除法的实质就是分母实数化的过程.这与实数的除法有所不同.
设z1=a+bi,z2=c+di(c+di≠0),
则eq \f(z1,z2)=eq \f(a+bi,c+di)=eq \f(a+bic-di,c+dic-di)=eq \f(ac+bd,c2+d2)+eq \f(bc-ad,c2+d2)i.
复数的除法的实质是 分母实数化 .若分母为a+bi型,则分子、分母同乘a-bi;若分母为a-bi型,则分子、分母同乘a+bi.
怎样进行复数的除法运算
[提示] 在进行复数除法运算时,通常先把(a+bi)÷(c+di)写成eq \f(a+bi,c+di)的形式,再把分子、分母同乘以分母的共轭复数c-di,从而使分母实数化,化简得结果.
[知识点四] 虚数单位i的运算性质
(1)i4n+1= i ,i4n+2= -1 ,i4n+3= -i ,i4n= 1 (n∈N*).
(2)in+in+1+in+2+in+3= 0 (n∈N*).
[预习自测]
1.下列各式的运算结果为纯虚数的是( )
A.i(1+i)2
B.i2(1-i)
C.(1+i)2
D.i(1+i)
解析:C [(1+i)2=2i为纯虚数知选C.]
2.在复平面内,复数eq \f(5i,2-i)的对应点位于( )
A.第一象限
B.第二象限
C.第三象限
D.第四象限
解析:B [eq \f(5i,2-i)=eq \f(5i2+i,2-i2+i)=eq \f(5i2+i,5)=-1+2i, 对应的点的坐标为(-1,2),位于第二象限.]
3.(2021·浙江卷)已知a∈R,(1+ai)i=3+i(i为虚数单位),则a=( )
A.-1
B.1
C.-3
D.3
解析:C [(1+ai)i=i-a=3+i⇒a=-3.]
4.设复数z1=2-i,z2=1-3i,则复数eq \f(i,z1)+eq \f(\o(z,\s\up6(-))2,5)的虚部等于 ________ .
解析:∵eq \f(i,z1)+eq \f(\o(z,\s\up6(-))2,5)=eq \f(i,2-i)+eq \f(1+3i,5)=eq \f(i2+i,5)+eq \f(1,5)+eq \f(3,5)i=-eq \f(1,5)+eq \f(2,5)i+eq \f(1,5)+eq \f(3,5)i=i,
∴虚部为1.
答案:1
5.计算:i(2+3i)= ________ .
解析:i(2+3i)=2i+3i2=-3+2i.
答案:-3+2i
复数代数形式的乘法运算
[例1] 计算下列各题:
(1)(1-i)(1+i)+(-1+i);
(2)(2-i)(-1+5i)(3-4i)+2i.
[思路点拨] 复数的乘法可以类比多项式乘法,遇到i2要换成-1.
[解] (1)(1-i)(1+i)+(-1+i)=1-i2-1+i=1+i.
(2)(2-i)(-1+5i)(3-4i)+2i
=(-2+10i+i-5i2)(3-4i)+2i
=(3+11i)(3-4i)+2i
=(9-12i+33i-44i2)+2i
=53+21i+2i=53+23i.
复数的乘法(乘方)按多项式的乘法展开,再将in化简.
注意应用公式(1)(a+bi)2=a2-b2+2abi(a,b∈R).
(2)(a+bi)(a-bi)=a2+b2(a,b∈R).
(3)(1±i)2=±2i.
[变式训练]
1.(1)(1+i)(2-i)=( )
A.-3-i
B.-3+i
C.3-i
D.3+i
(2)若复数(1+ai)(2+i)是纯虚数,则实数a= ________ .
(3)(1+i)4·i7= ________ .
解析:(1)(1+i)(2-i)=2-i+2i-i2=3+i.
(2)(1+ai)(2+i)=2-a+(1+2a)i,要使复数为纯虚数,所以有2-a=0,1+2a≠0,解得a=2.
(3)(1+i)4·i7=(2i)2·(-i)=4i2(-i)=4i.
答案:(1)D (2)2 (3)4i
复数的除法运算
[例2] (1)eq \f(1+2i,1-2i)=( )
A.-eq \f(4,5)-eq \f(3,5)i
B.-eq \f(4,5)+eq \f(3,5)i
C.-eq \f(3,5)-eq \f(4,5)i
D.-eq \f(3,5)+eq \f(4,5)i
(2)(2021·北京卷)在复平面内,复数z满足(1-i)z=2,则z=( )
A.2+i
B.-2-i
C.1-i
D.1+i
(3)在复平面内,复数eq \f(1,1-i)的共轭复数对应的点位于( )
A.第一象限
B.第二象限
C.第三象限
D.第四象限
(4)设复数z满足eq \f(1+z,1-z)=i,则|z|=( )
A.1
B.eq \r(2)
C.eq \r(3)
D.2
[思路点拨] 遇到复数的除法,分子、分母要同乘分母的共轭复数,把除法转化成乘法处理.
[解析] (1)∵eq \f(1+2i,1-2i)=eq \f(1+2i2,5)=eq \f(-3+4i,5),
∴选D.
(2)z=eq \f(2,1-i)=eq \f(2·1+i,1-i·1+i)=1+i.故选D.
(3)∵eq \f(1,1-i)=eq \f(1+i,1-i1+i)=eq \f(1,2)+eq \f(1,2)i,
∴其共轭复数为eq \f(1,2)-eq \f(1,2)i,
又eq \f(1,2)-eq \f(1,2)i在复平面内对应的点(eq \f(1,2),-eq \f(1,2))在第四象限,故选D.
(4)由题意知1+z=i-zi,所以z=eq \f(i-1,i+1)=eq \f(i-12,i+1i-1)=i,所以|z|=1.
[答案] (1)D (2)D (3)D (4)A
两个复数代数形式的除法运算步骤
(1)首先将除式写为分式;
(2)再将分子、分母同乘以分母的共轭复数;
(3)然后将分子、分母分别进行乘法运算,并将其化为复数的代数形式.
[变式训练]
2.(1)若复数z满足z(2-i)=11+7i(i是虚数单位),则z为( )
A.3+5i
B.3-5i
C.-3+5i
D.-3-5i
(2)计算eq \f(1+i4+3i,2-i1-i)= ________ .
解析:(1)∵z(2-i)=11+7i,
∴z=eq \f(11+7i,2-i)=eq \f(11+7i2+i,2-i2+i)=eq \f(15+25i,5)=3+5i.
(2)法一:eq \f(1+i4+3i,2-i1-i)=eq \f(1+7i,1-3i)
=eq \f(1+7i1+3i,10)
=-2+i.
法二:eq \f(1+i4+3i,2-i1-i)=(eq \f(1+i,1-i))(eq \f(4+3i,2-i))
=eq \f(i4+3i2+i,5)
=eq \f(-3+4i2+i,5)=eq \f(-10+5i,5)=-2+i.
答案:(1)A (2)-2+i
复数的综合运算
[例3] (1)设z=eq \f(1-i,1+i)+2i,则|z|=( )
A.0
B.eq \f(1,2)
C.1
D.eq \r(2)
(2)设i是虚数单位,(eq \f(\r(2),1-i))2020+(eq \f(1+i,1-i))7= ________ .
(3)设i是虚数单位,eq \o(z,\s\up6(-))是复数z的共轭复数.若z·eq \o(z,\s\up6(-))i+2=2z,则z=( )
A.1+i
B.1-i
C.-1+i
D.-1-i
[思路点拨] 审清题意,利用复数i的运算性质求解.
[解析] (1)因为z=eq \f(1-i,1+i)+2i=eq \f(1-i2,1+i1-i)+2i=eq \f(-2i,2)+2i=i,所以|z|=eq \r(0+12)=1,故选C.
(2)原式=(eq \f(2,-2i))1010+i7=i252×4+2+i4+3=i2+i3=-1-i.
(3)设z=a+bi(a,b∈R),则z·eq \o(z,\s\up6(-))i+2=(a+bi)·(a-bi)·i+2=2+(a2+b2)i,故2=2a,a2+b2=2b,解得a=1,b=1.即z=1+i.
[答案] (1)C (2)-1-i (3)A
1.复数的混合运算,一般先算乘方,再算除乘,最后算加减,有括号先运算括号.
2.对于不能直接求解的,设z=a+bi,利用复数相等求a,b.
3.注意整体结果的运用.
[变式训练]
3.(1)已知i是虚数单位,满足z-2eq \o(z,\s\up6(-))=-1+3i,则z=( )
A.1+i
B.1-i
C.1+2i
D.1-2i
(2)已知复数z=eq \f(5a,2+i)+eq \f(1+i,1-i),a∈R,若复数z对应的点在复平面内位于第四象限,则实数a的取值范围是( )
A.a>1
B.a<0
C.0<a<1
D.a<1
解析:(1)设z=x+yi(x,y∈R), 则eq \o(z,\s\up6(-))=x-yi,所以z-2eq \o(z,\s\up6(-))=x+yi-2(x-yi)=-x+3yi,即-x+3yi=-1+3i,由复数相等得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(-x=-1,,3y=3,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x=1,,y=1,))所以z=1+i,故选A.
(2)z=eq \f(5a2-i,2+i2-i)+eq \f(1+i1+i,1-i1+i)=2a+(1-a)i,若复数z对应的点在复平面内位于第四象限,
则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(2a>0,,1-a<0,))解得a>1,故选A.
答案:(1)A (2)A.
复数范围内解方程
[例4] 已知1+i是方程x2+bx+c=0的一个根(b,c为实数).
(1)求b,c的值;
(2)试判断1-i是否是方程的根.
[思路点拨] 1+i是方程的根,则代入方程成立,可通过复数相等求出b,c,然后再验证1-i是否为方程的根.
[解] (1)因为1+i是方程x2+bx+c=0的根,
∴(1+i)2+b(1+i)+c=0,即(b+c)+(2+b)i=0.
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(b+c=0,,2+b=0,))得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(b=-2,,c=2.))∴b=-2,c=2.
(2)方程为x2-2x+2=0,把1-i代入方程左边x2-2x+2=(1-i)2-2(1-i)+2=0,显然方程成立.∴1-i也是方程的一个根.
解决复数方程问题的方法
与复数方程有关的问题,一般是利用复数相等的充要条件,把复数问题实数化进行求解.根与系数的关系仍适用.但判别式“Δ”不再适用.
[变式训练]
4.已知关于x的方程x2+(k+2i)x+2+ki=0有实根,求这个实根及实数k的值.
解:设x=x0是方程的实根,代入方程并整理得
(xeq \o\al(2,0)+kx+2)+(2x0+k)i=0.
由复数相等的条件得xeq \o\al(2,0)+kx0+2=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),))
∴方程的实根为x=eq \r(2)或x=-eq \r(2),
相应的k的值为k=-2eq \r(2)或k=2eq \r(2).
1.eq \f(1+2i,1-2i)=( )
A.-eq \f(4,5)-eq \f(3,5)i
B.-eq \f(4,5)+eq \f(3,5)i
C.-eq \f(3,5)-eq \f(4,5)i
D.-eq \f(3,5)+eq \f(4,5)i
解析:D [eq \f(1+2i,1-2i)=eq \f(1+2i1+2i,1-2i1+2i)=-eq \f(3,5)+eq \f(4,5)i,故选D.]
2.(2021·全国乙卷)设iz=4+3i,则z=( )
A.-3-4i
B.-3+4i
C.3-4i
D.3+4i
解析:C [在等式iz=4+3i两边同时乘i得,-z=4i-3,所以z=3-4i,故选C.]
3.z=i3·(1+i)2= ________ .
解析:z=i3·(1+i)2=-i×(2i)=2.
答案:2
4.复数z满足z(1+i)=2i,则|z|= ________ .
解析:z=eq \f(2i,1+i)=1+i,∴|z|=eq \r(2).
答案:eq \r(2)
5.计算:
(1)(1+i)(1-i)+(-1+i);
(2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2)+\f(\r(3),2)i))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),2)+\f(1,2)i))(1+i);
(3)(-2+3i)÷(1+2i);
(4)eq \f(3+2i,2-3i)-eq \f(3-2i,2+3i).
解:(1)(1+i)(1-i)+(-1+i)=1-i2+(-1+i)=1+1-1+i=1+i.
(2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2)+\f(\r(3),2)i))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),2)+\f(1,2)i))(1+i)=eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(\r(3),4)-\f(\r(3),4)))+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4)-\f(1,4)))i))(1+i)=
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(\r(3),2)+\f(1,2)i))(1+i)=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(\r(3),2)-\f(1,2)))+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)-\f(\r(3),2)))i=-eq \f(1+\r(3),2)+eq \f(1-\r(3),2)i.
(3)(-2+3i)÷(1+2i)=eq \f(-2+3i,1+2i)=eq \f(-2+3i1-2i,1+2i1-2i)=eq \f(-2+6+3+4i,12+22)=eq \f(4,5)+eq \f(7,5)i.
(4)法一 eq \f(3+2i,2-3i)-eq \f(3-2i,2+3i)=eq \f(3+2i2+3i-3-2i2-3i,2-3i2+3i)=
eq \f(6+13i-6-6+13i+6,4+9)=eq \f(26i,13)=2i.
法二 eq \f(3+2i,2-3i)-eq \f(3-2i,2+3i)=eq \f(i2-3i,2-3i)-eq \f(-i2+3i,2+3i)=i+i=2i.
$