第5章 3.1 复数的三角表示式 3.2 复数乘除运算的几何意义(教用Word)-【优学精讲】2025-2026学年高中数学必修第二册(北师大版)
2026-05-05
|
13页
|
35人阅读
|
0人下载
教辅
摘要:
本讲义聚焦复数的三角表示式及乘除运算的几何意义,从复数几何意义切入,构建代数表示与三角表示的联系,涵盖辐角、辐角主值概念,进而阐述乘除运算的三角法则及几何意义,形成完整知识支架。
以问题驱动(如复数1+i的坐标与向量)培养数学抽象,通过几何意义分析发展直观想象,题型分层(互化、运算、几何应用)强化数学运算。课中辅助教师引导探究,课后练习题助学生巩固,提升核心素养。
内容正文:
3.1 复数的三角表示式 3.2 复数乘除运算的几何意义
课标要求
1.通过复数的几何意义,了解复数的三角表示,了解复数的代数表示与三角表示之间的关系(数学抽象).
2.了解复数乘、除运算的三角表示及其几何意义(直观想象、数学运算).
设复数z=1+i在复平面内对应的点为Z.
【问题】 (1)写出点Z的坐标,并在图中描出点Z的位置,作出向量;
(2)记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,求r的值,并写出θ的任意一个值,探讨r,θ与z=1+i的实部、虚部之间的关系.
知识点一 复数的三角形式
1.辐角
以原点O为顶点,x轴的非负半轴为始边、向量所在的射线为终边的角θ,称为复数z=a+bi的辐角.
2.复数的三角形式
复数z=a+bi(a,b∈R)的三角形式为z= r(cos θ+isin θ) ,其中r=,cos θ=,sin θ=.
3.辐角的主值:将满足条件 0≤θ<2π 的辐角值,称为辐角的主值,记作 arg z .当a>0时,arg a=0,arg(-a)=π,arg(ai)=,arg(-ai)=π.
【想一想】
1.复数z=a+bi(a,b∈R)的辐角唯一吗?
提示:z的辐角有无穷多个值,这些值相差2π的整数倍.
2.复数0的辐角是多少,辐角主值是多少?
提示:0的辐角是任意角,辐角主值是[0,2π)内任一角.
知识点二 复数三角形式乘除运算及几何意义
1.复数三角形式的乘法法则及几何意义
(1)乘法法则:r1(cos θ1+isin θ1)·r2(cos θ2+isin θ2)= r1r2[cos(θ1+θ2)+isin(θ1+θ2)] .这就是说,两个复数相乘,积的模等于它们的模的积,积的辐角等于它们的辐角的和.
(2)几何意义:如图,两个复数z1,z2相乘时,可以先画出它们分别对应的向量,,然后把向量绕原点O按逆时针方向旋转角θ2(若θ2<0,就要把绕原点O按顺时针方向旋转角|θ2|),再把它的模变为原来的r2倍,所得向量就表示复数z1·z2的乘积.
2.复数三角形式的除法法则
= [cos(θ1-θ2)+isin(θ1-θ2)] ,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,商的辐角等于被除数的辐角减去除数的辐角所得的差.
【想一想】
在进行复数三角形式乘除运算时,其辐角一定是辐角主值吗?
提示:不一定.辐角θ可以是辐角主值也可以是其他辐角.
1.判断正误.(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)任意一个复数都有三角形式.( √ )
(2)复数的三角形式也可以进行四则运算.( × )
(3)任何一个非零复数的辐角有无数多个,任意两个辐角相差2π的整数倍.( √ )
(4)arg(z1z2)=arg(z1)+arg(z2).( × )
2.×=( )
A.1 B.-1
C.i D.-i
解析:C ×=cos+isin =cos +isin =i.故选C.
3.当a<0时,arg(ai)=,arg a=π.
题型一|复数的代数形式化为三角形式
【例1】 将下列复数代数形式化成三角形式:
(1)-i;
解:r==2,
所以cos θ=,
对应的点在第四象限,
所以arg(-i)=,
故-i=2.
(2)-1-i.
解:r==,
所以cos θ=-,
对应的点在第三象限,
所以arg(-1-i)=,
故-1-i=.
通性通法
将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)确定辐角所在的象限;
(3)根据象限求出辐角;
(4)求出复数的三角形式.
【跟踪训练】
1.下列复数是复数三角形式表示的是( )
A. B.-
C. D.cosπ+isinπ
解析:D 选项A,cos与isin之间用“-”连接,不是用“+”连接;选项B,-<0不符合r≥0的要求;选项C,是isinπ与cosπ用“+”连接而不是icos+sinπ的形式.故A、B、C均不是复数的三角形式.故选D.
2.将复数的三角形式转化为代数形式.
解:=[cos+isin(π+π)]=
==1-i.
题型二|复数的三角形式化为代数形式
【例2】 复数z=化为代数形式为( )
A.+ i B.-+ i
C.-- i D.- i
解析:D z==sin+i=×+×i=-i.
通性通法
将复数的三角形式化为代数形式的方法是: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=rcos A,y=rsin A.
【跟踪训练】
复数的代数形式为1-i.
解析:
=[cos(π+π)+isin(π+π)]
=
==1-i.
题型三|复数三角形式的乘、除运算
【例3】 计算:
(1)2×;
解:2×
=2
=-2i.
(2).
解:原式=3[cos(160°-25°)+isin(160°-25°)]
=3(cos 135°+isin 135°)
=3
=-3+3i.
通性通法
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】
1.计算:.
解:
=
=4(cos 60°+isin 60°)=2+2i.
2.已知z1=4+4i的辐角主值为θ1,z2=-1-i的辐角主值为θ2,求θ1+θ2的值.
解:∵z1=4+4i=4,
z2=-1-i=,
∴z1z2=4(cos+isin)×[(cos+isin)]
=8
=8,
∴θ1+θ2=.
题型四|复数三角形式乘、除运算的几何意义
【例4】 在复平面内,把复数3-i对应的向量分别按逆时针和顺时针方向旋转,求所得向量对应的复数.
解:因为3-i=2
=2.
所以2×
=2
=2
=2
=3+i,
2(cosπ+isin π)×[cos(-)+isin(-)]
=2
=2=-2i.
故把复数3-i对应的向量按逆时针旋转得到的复数为3+i,按顺时针旋转得到的复数为-2i.
通性通法
利用复数三角形式的几何意义求积、商的步骤
(1)先画出两个复数z1,z2对应的向量,;
(2)求积(商)的幅角:把向量,绕点O按逆时针方向旋转θ2(θ2<0时,则按顺时针方向旋转|θ2|);
(3)求积(商)的模:积的模为r1r2,商的模为;
(4)z1·z2=r1·r2[cos(θ1+θ2)+isin(θ1+θ2)];=[cos(θ1-θ2)+isin(θ1-θ2)].
【跟踪训练】
在复平面内,把与复数+i对应的向量绕原点O按逆时针方向旋转,然后将其长度伸长为原来的2倍,求与所得向量对应的复数.
解:+i=,
由题意得(cos +isin )×[2(cos +isin )]=×2=3=3i,即与所得向量对应的复数为3i.
1.复数1-i的辐角的主值是( )
A.π B.π C.π D.
解析:A 因为1-i=2=2(cos π+isin π),所以1-i辐角的主值为π.
2.复数(cos 10°+isin 10°)(cos 20°+isin 20°)的三角形式是( )
A.sin 30°+icos 30° B.cos 160°+isin 160°
C.cos 30°+isin 30° D.sin 160°+icos 160°
解析:C (cos 10°+isin 10°)(cos 20°+isin 20°)
=cos 30°+isin 30°.故选C.
3.设z=-i,对应的向量为,将绕点O按逆时针方向旋转30°,则所得向量对应的复数为2.
解析:根据复数乘法的几何意义,所得向量对应的复数为:(-i)(cos 30°+isin 30°)=(-i)(+i)=2.
4.=+i.
解析:=cos(75°-15°)+isin(75°-15°)=cos 60°+isin 60°=+i.
1.如果非零复数有一个辐角为-,那么该复数的( )
A.辐角唯一 B.辐角主值唯一
C.辐角主值为- D.辐角主值为
解析:B 一个复数有无数个辐角,它们之间相差2kπ,k∈Z,A错,D错;∵辐角主值的范围是[0,2π),∴任何一个复数都有唯一的辐角主值,B对,C错,故选B.
2.将复数4[cos(-)+isin(-)]化成代数形式,正确的是( )
A.4 B.-4
C.4i D.-4i
解析:D 4[cos(-)+isin(-)]=4[0+i·(-1)]=-4i,故选D.
3.复数(sin 10°+icos 10°)3的三角形式为( )
A.sin 30°+icos 30° B.cos 240°+isin 240°
C.cos 30°+isin 30° D.sin 240°+icos 240°
解析:B (sin 10°+icos 10°)3=(cos 80°+isin 80°)3=cos 240°+isin 240°.
4.将复数i对应的向量绕原点按顺时针方向旋转,得到向量,则对应的复数是( )
A.+i B.-+i
C.--i D.-i
解析:A i=cos +isin ,将绕原点按顺时针方向旋转得到=cos +isin =+i.
5.=( )
A.+i B.-i
C.+i D.-i
解析:B ==cos(0°-60°)+isin(0°-60°)=cos(-60°)+isin(-60°)=-i.故选B.
6.〔多选〕设p:两个复数z1,z2的模与辐角分别相等,q:z1=z2,则( )
A.p⇒q B.pq
C.q⇒p D.qp
解析:AD 当两个复数z1,z2的模与辐角分别相等时,z1=z2成立;当z1=z2时,两个复数的模相等,但辐角不一定相等,故p⇒q,qp.故选A、D.
7.若|z|=2,arg z=,则复数z=1+i.
解析:由题意知,z=2=1+i.
8.在复平面内,将复数+i对应的向量绕原点按逆时针方向旋转90°,则所得向量对应的复数为-1+i.
解析:由题意知,(+i)×(cos 90°+isin 90°)=2(cos 30°+isin 30°)×(cos 90°+isin 90°)=2(cos 120°+isin 120°)=-1+i.即所得向量对应的复数为-1+i.
9.计算=+i.
解析:=cos(40°-10°)+isin(40°-10°)=cos 30°+isin 30°=+i.
10.计算:
(1)2×;
(2).
解:(1)原式=2×[cos(+π)+isin(+π)]==-+i.
(2)原式=
=2
=2
=-2i.
11.如果θ∈,那么复数(1+i)(cos θ+isin θ)的辐角的主值是( )
A.θ+ B.θ+
C.θ- D.θ+
解析:B (1+i)(cos θ+isin θ)=·(cos θ+isin θ)=[cos(θ+)+isin(θ+)],∵θ∈,∴θ+∈,∴该复数的辐角主值是θ+.故选B.
12.(cos +isin )n=cos -isin ,则n=( )
A.3 B.12
C.6k-1(k∈Z) D.6k+1(k∈Z)
解析:C 由题意,得(cos +isin )n=cos +isin =cos -isin ,由复数相等的定义,得解得=2kπ-(k∈Z),∴n=6k-1(k∈Z).
13.复数z=(a+i)2的辐角主值为,则实数a=-1.
解析:由于复数z的辐角主值为,
故z=r(cos+isin)=-ir,
又z=(a+i)2=a2-1+2ai,
所以a2-1+2ai=-ir,
所以a2-1=0,2a=-r,故a=-1.
14.若复平面内单位圆上三点所对应的复数z1,z2,z3,满足=z1z3且z2+iz3-i=0,求复数z1,z2,z3.
解:设z1=cos α+isin α,
z2=cos β+isin β,
z3=cos γ+isin γ,
则由z2+iz3-i=0,
可得
利用cos2β+sin2β=1,解得
所以z3=.
当z3=时,
z2=-i(z3-1)=,z1==1;
当z3=时,
z2=-i(z3-1)=,z1==1.
15.如图所示,等边三角形ABC的两个顶点A,B所表示的复数分别是+i和2,则点C所表示的复数为2+i.
解析:∵A,B所表示的复数分别是+i和2,
∴所表示的复数为-i,把逆时针旋转60°得到,对应的复数为(-i)·(cos 60°+isin 60°)=+i,
又=+,+i++i=2+i,
即点C对应的复数是2+i.
16.已知非零复数z满足|z-i|=1,且arg z=θ,求:
(1)θ的取值范围;
(2)复数z的模(用θ表示);
(3)复数z2-zi的辐角.
解:(1)因为|z-i|=1,所以如图①所示,z的对应点P在以(0,1)为圆心,半径为1的圆上.
又z为非零复数,因此可知,θ∈(0,π).
(2)如图②,在Rt△AOP中,
∠OAP=∠POx=θ.
又|OA|=2,易知|z|=|OP|=2sin θ,
当θ为直角或钝角时,仍有|z|=2sin θ,
故|z|=2sin θ.
(3)因为|z-i|=1,
所以结合同角三角函数关系,
可设z-i=cos φ+isin φ(φ∈R).
于是z2-zi=z(z-i),
注意到z=2sin θ(cos θ+isin θ),
z-i=cos φ+isin φ,
则知z2-zi=2sin θ(cos θ+isin θ)·(cos φ+isin φ)=2sin θ[cos(θ+φ)+isin(θ+φ)].
又cos φ+isin φ=z-i
=2sin θ(cos θ+isin θ)-i
=2sin θcos θ+i(2sin2θ-1)
=sin 2θ-icos 2θ
=cos(2θ-)+isin(2θ-),
所以φ=2kπ+2θ-(k∈Z).
从而可得θ+φ=2kπ+3θ-(k∈Z).
故z2-zi的辐角为2kπ+3θ-(k∈Z).
1 / 10
学科网(北京)股份有限公司
$
相关资源
示范课
由于学科网是一个信息分享及获取的平台,不确保部分用户上传资料的 来源及知识产权归属。如您发现相关资料侵犯您的合法权益,请联系学科网,我们核实后将及时进行处理。