内容正文:
第5章 平面向量、复数
第30讲 复 数
2027届高考一轮复习
数学
1
【课标要求】
1.理解复数的有关概念,掌握复数相等的充要条件,并会应用.
2.了解复数的代数形式的表示方法,能进行复数的代数形式的四则运算.
3.了解复数代数形式的几何意义及复数的加、减法的几何意义,会简单应用.
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【知识要点】
1.复数的有关概念
(1)复数的概念
形如a+bi(a,b∈R)的数叫做复数,其中a,b分别是它的实部和 ,若b≠0,则a+bi为虚数,若 ,则a+bi为纯虚数,i为虚数单位.
(2)复数相等:复数a+bi=c+di⇔ (a,b,c,d∈R).
(3)共轭复数:a+bi与c+di共轭⇔ (a,b,c,d∈R).
(4)复数的模
向量的模叫做复数z=a+bi(a,b∈R)的模,记作|z|或|a+bi|,即|z|=|a+bi|= .
a=0,b≠0
虚部
a=c且b=d
a=c且d=-b
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3
2.复数的四则运算
设z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d∈R),则
(1)加法:z1+z2=(a+bi)+(c+di)=(a+c)+(b+d)i;
(2)减法:z1-z2=(a+bi)-(c+di)=(a-c)+(b-d)i;
(3)乘法:z1·z2=(a+bi)·(c+di)=(ac-bd)+(ad+bc)i;
(4)除法:
= = =
=+i(c+di≠0).
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3.三条性质
(1)i4n=1,i4n+1=i,i4n+2=-1,i4n+3=-i,in+in+1+in+2+in+3=0(其中n∈N*);
(2)(1±i)2=±2i,=i,=-i;
(3)z·=|z|2=||2,|z1·z2|=|z1|·|z2|,=,|zn|=|z|n.
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【重要结论】
1.-b+ai=i(a+bi)(a,b∈R).
2.复数z的方程在复平面内表示的图形
(1)a≤|z|≤b表示以原点O为圆心,a和b为半径的两圆所夹的圆环;
(2)|z-(a+bi)|=r(r>0)表示以(a,b)为圆心,r为半径的圆.
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【基础检测】
概念辨析
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)复数z=a-bi(a,b∈R)中,虚部为b.( )
(2)复数中有相等复数的概念,因此复数可以比较大小.( )
(3)在复平面内,原点是实轴与虚轴的交点.( )
(4)复数的模实质上就是复平面内复数对应的点到原点的距离,也就是复数对应的向量的模.( )
(5)已知z=a+bi(a,b∈R),当a=0时,复数z为纯虚数.( )
×
×
√
√
×
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教材改编
2.[必修2p73T6]已知复数z满足z(1+i)=2+3i,则在复平面内z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
A
[解析] 因为复数z满足z(1+i)=2+3i,
所以z= = = = +i,
所以在复平面内z对应的点位于第一象限.
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3.[必修2p69例1]若复数z=m+1+(m-1)i为纯虚数,则m= .
-1
[解析] 由题意知解得m=-1.
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4.[必修2p94T1]复数的共轭复数是 .
-2+i
[解析] = =-2-i,故其共轭复数是-2+i.
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5.已知复数z满足z(1+3i)=2i,则|z|= .
[解析] 由复数z满足z(1+3i)=2i,可得z= ,
则|z|= = = .
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考点1 复数的有关概念
例1 (1)复数z=a+bi(a,b∈R)是(2+i)(1+2i)的共轭复数,则a+b=( )
A.5 B.-5 C.5i D.-5i
B
[解析] ∵(2+i)(1+2i)=2+5i+2i2=5i=a-bi,
∴解得
因此,a+b=-5.故选B.
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(2)(多选)已知z1,z2是复数,是z2的共轭复数,下列说法正确的是( )
A.若|z1|=|z2|,则z1=±z2
B.若z1z2=0,则z1=0或z2=0
C.若z1是纯虚数,则<0
D.若z1-z2=0,则z1+∈R
BCD
[解析] 对于A:假如z1=1+i,z2=1-i,此时|z1|=|z2|=,但z1≠±z2,故A错误;
对于B:设z1=a1+b1i,z2=a2+b2i,
所以z1z2=(a1+b1i)(a2+b2i)=a1a2-b1b2+(a1b2+a2b1)i=0,所以
若a1=0,则b1=0或a2=b2=0,即z1=0或z2=0,同理a2=0时,也可得z1=0或z2=0;
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若a2≠0,将a1= 代入第二个式子中得b1(+)=0.由a2≠0得b1=0,则a1=0,此时z1=0;故B正确;
对于C:假设z1=ai,a≠0是纯虚数,
此时=a2·i2=-a2<0,故C正确;
对于D:设z1=z2=a+bi,所以z1+=z2+=2a∈R,故D正确.
故选BCD.
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[小结]求解与复数概念相关问题的技巧
复数的分类、复数的相等、复数的模、共轭复数的概念都与复数的实部与虚部有关,所以解答与复数相关概念有关的问题时,需把所给复数化为代数形式,即a+bi(a,b∈R)的形式,再根据题意求解.
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1.已知a为实数,复数z=a+i,若z·=2|z|,则|z|=( )
A.1 B.2 C.3 D.4
B
[解析] 因为z=a+i,所以=a-i,则z·=a2+1,|z|=.
因为z·=2|z|,所以a2+1=2,解得a2=3,故|z|=2.故选B.
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2.(多选)关于复数z1,z2,下列说法正确的是( )
A.=
B.=+
C.若+=0,则z1=z2=0
D.若|z1+i|=|z1|+1,则z1为实数或纯虚数
BD
[解析] 对于A,当z1=1+i时,=1-i,因为=-2i,=2i,所以≠,故A错误;
对于B,设z1=a+bi,z2=c+di,且a,b,c,d∈R,
==(a+c)-(b+d)i,
+=(a-bi)+(c-di)=(a+c)-(b+d)i,
所以=+,故B正确;
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对于C,取z1=1,z2=i,满足+=0,但不满足z1=z2=0,故C错误;
对于D,因为|z1+i|=|z1|+1,|z1+i|=|a+(b+1)i|=,|z1|+1=+1,
所以=+1,化简可得b=,则a=0且b≥0,
此时z1为实数或纯虚数,故D正确.
故选BD.
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考点2 复数的运算
例2 (1)已知复数z=(2+i)(1-i),则|z|=( )
A. B.2 C. D.
D
[解析] z=(2+i)(1-i)=2-2i+i-i2=3-i,故|z|==.
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(2)已知复数z满足(z-3)(1+i)=1-i,z= .
3-i
[解析] 由(z-3)(1+i)=1-i可得,z-3= = = = = -i,
所以z=3-i.
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(3)(多选)已知虚数z1,z2是方程z3-8=0的两个不同的根,则下列说法正确的有( )
A.+2z1+4=0 B.=z2
C.z1z2=4 D.|z1|=2
ACD
[解析] A选项,z3-8=(z-2)(z2+2z+4),令z2+2z+4=0,其中Δ=4-16=-12<0,
由于z1,z2为虚数,故z1,z2为z2+2z+4=0的两个根,则+2z1+4=0,A正确;
B选项,z2+2z+4=0的两根为=-1±i,若z1=-1+i,z2=-1-i,
则==1-2i+3i2=-2-2i≠z2,B错误;
C选项,由根与系数的关系得z1z2=4,C正确;
D选项,由B选项,z1=-1+i或-1-i,均有==2,D正确.故选ACD.
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[小结]复数代数形式运算问题的解题策略
(1)复数的乘法:复数的乘法类似于多项式的四则运算,可将含有虚数单位i的看作一类同类项,不含i的看作另一类同类项,分别合并即可.
(2)复数的除法:除法的关键是分子分母同乘以分母的共轭复数,解题中要注意把i的幂写成最简形式.
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3.已知i为虚数单位,设z=a+bi,a∈R,b∈R,若=1-i,则||=( )
A.2 B. C.4 D.5
D
[解析] 由=1-i,得a+2i=(1-i)(1+bi),即a+2i=1+b+(b-1)i.
则由复数相等的充要条件得解得
所以z=4+3i,所以=4-3i,故||=5,选D.
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4.已知复数z满足z(1+i)=-i,则的虚部为( )
A.-i B.1 C.-1 D.0
C
[解析] 因为z(1+i)=-i,则z= = =,所以= ,
= = = = =-i,所以复数的虚部为-1.
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5.已知复数3+4i是关于x的一元二次方程x2+mx+n=0(m,n∈R)的一个根,则m+n=( )
A.-13 B.-1 C.19 D.31
C
[解析] 由复数3+4i是方程x2+mx+n=0的根,得(3+4i)2+m(3+4i)+n=0,
即(-7+3m+n)+(24+4m)i=0,而m,n∈R,则
解得所以m+n=19.
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考点3 复数的几何意义
例3 (1)已知i为虚数单位,复数z满足z(1-i)=1+2i,则在复平面内复数z对应的点在( )
A.第四象限 B.第三象限
C.第二象限 D.第一象限
C
[解析] 复数z满足z(1-i)=1+2i,则z= = = -+i,
∴复数对应的点的坐标是,对应的点在第二象限.故选C.
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(2)(2025·湖南长沙·三模)已知复数z满足|z|=1,则|z-2i|的取值范围为( )
A.[0,2] B.[1,3] C.[2,4] D.[1,9]
B
[解析] |z|=1表示z对应的点是以原点O为圆心的单位圆上的点,
|z-2i|的几何意义表示单位圆上的点和(0,2)之间的距离,
点(0,2)到圆心的距离加上半径可得|z-2i|的最大值,减去半径可得|z-2i|的最小值,所以最大距离为2+1=3,最小距离为2-1=1,所以|z-2i|的取值范围为[1,3].故选B.
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(3)(多选)已知复数z1,z2,z3满足:|z1|=|z2|=2,z3=z1+z2=+i,若z1在复平面内对应的点在第四象限,则以下结论正确的为( )
A.2z1+z2∈R B.|z1-z2|=
C.z1z2=2+2i D.= -i
AC
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[解析] 设复数z1,z2,z3在复平面内对应的点分别为Z1,Z2,Z3,O为坐标原点,
则复数z1,z2,z3在复平面内对应的向量为,
且===2,+==,
所以四边形OZ1Z3Z2为菱形,且∠Z1OZ3=,
又OZ3与x轴正半轴所成的角为,
所以OZ1与x轴正半轴所成的角为,所以Z1与Z3关于x轴对称,
所以z1=-i,则z2=2i,所以2z1+z2=2∈R,故A正确;
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因为z1-z2=-i-2i=-3i,所以|z1-z2|==2,故B错误;
z1z2=2i=2+2i,故C正确;
= = =- - i,故D错误.
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[小结]对复数几何意义的理解及应用
(1)复数z在复平面上的点Z及向量相互联系,即z=a+bi(a,b∈R)⇔Z(a,b)⇔.
(2)由于复数、点、向量之间建立了一一对应的关系,因此可把复数、向量与解析几何联系在一起,解题时可运用数形结合的方法,使问题的解决更加直观.
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6.若复数3+4i与2-i分别表示向量与,则表示向量的复数为( )
A.1+5i B.-1-5i C.5+3i D.-5-3i
A
[解析] 因为=-,已知对应的复数为3+4i,对应的复数为2-i,
所以对应的复数为(3+4i)-(2-i),
又(3+4i)-(2-i)=3+4i-2+i=1+5i,
所以表示向量的复数为1+5i.故选A.
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7.(多选)已知i为虚数单位,则下列说法中正确的是( )
A.复数z=2-2i的虚部为-2
B.3+i>1+i
C.|z|2=z2
D.若复数z满足|z|=1,则|z+2-i|的最小值为-1
AD
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[解析] 对于A,由复数的定义可知复数z=2-2i的虚部为-2,故A正确;
对于B,因为两个复数不能比较大小,故B错误;
对于C,设z=a+bi,则|z|2=a2+b2,而z2=a2-b2+2abi,
故只有当b=0,即复数z为实数时,|z|2=z2成立,故C错误;
对于D,因为|z|=1,所以复数z所对应的点在以原点O为圆心的单位圆上,
又因为|z+2-i|=|z-(-2+i)|,
所以|z-(-2+i)|表示点A(-2,1)到单位圆上点的距离,
又因为点A(-2,1)到原点O的距离|OA|=,
所以|z+2-i|的最小值为-1,故D正确.故选AD.
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8.复数z满足|z-1|+|z+1|=4,则|z|的取值范围是( )
A.[,2] B.[1,2] C.[2,3] D.[1,]
A
[解析] 复数|z-1|+|z+1|=4表示复平面上的点Z到(1,0)和(-1,0)的距离之和是4,其轨迹是椭圆,则a=2,c=1,b==,
|z|的几何意义是椭圆+ =1上的点到坐标原点的距离,
所以≤|z|≤2.故选A.
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走进高考
1.(2025·全国一卷)(1+5i)i的虚部为( )
A.-1 B.0 C.1 D.6
C
[解析] 因为(1+5i)i=i+5i2=-5+i,所以其虚部为1,故选C.
2.(2025·全国二卷)已知z=1+i,则=( )
A.-i B.i C.-1 D.1
A
[解析] 因为z=1+i,所以 = = = =-i.故选A.
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3.(2025·上海)已知复数z满足z2=()2,|z|≤1,则|z-2-3i|的最小值是 .
2
[解析] 设z=a+bi(a,b∈R),∴=a-bi,
由题意可知z2=a2+2abi-b2==a2-2abi-b2,则ab=0,
又|z|=≤1,由复数的几何意义知z在复平面内对应的点Z(a,b)在以原点O为圆心的单位圆内部(含边界)的坐标轴上运动,如图所示即线段AB,CD上运动,
设E(2,3),则|z-2-3i|=|ZE|,由图象可知|BE|=>|CE|=2,所以|ZE|min=2.
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