高考文数112数系的扩充与复数的引入.docx

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高考文数112数系的扩充与复数的引入

11.2 数系的扩充与复数的引入

[知识梳理]

1.复数的有关概念

2.复数的几何意义

复数集C和复平面内所有的点组成的集合是一一对应的,复数集C与复平面内所有以原点O为起点的向量组成的集合也是一一对应的,即

(1)复数z=a+bi复平面内的点Z(a,b)(a,b∈R).

(2)复数z=a+bi(a,b∈R)平面向量.

3.复数代数形式的四则运算

(1)运算法则

设z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d∈R),则

(2)复数加法的运算定律

复数的加法满足交换律、结合律,即对任何z1,z2,z3∈C,有z1+z2=z2+z1,(z1+z2)+z3=z1+(z2+z3).

(3)复数乘法的运算定律

复数的乘法满足交换律、结合律、分配律,即对于任意z1,z2,z3∈C,有z1·z2=z2·z1,(z1·z2)·z3=z1·(z2·z3),z1(z2+z3)=z1z2+z1z3.

(4)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-=所对应的复数.

4.模的运算性质:

①|z|2=||2=z·;②|z1·z2|=|z1||z2|;③=.

[诊断自测]

1.概念思辨

(1)关于x的方程ax2+bx+c=0(a,b,c∈R且a≠0)一定有两个根.(  )

(2)若复数a+bi中a=0,则此复数必是纯虚数.(  )

(3)复数中有相等复数的概念,因此复数可以比较大小.(  )

(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.(  )

答案 

(1)√ 

(2)× (3)× (4)√

2.教材衍化

(1)(选修A1-2P63A组T1(3))在复平面内,复数z=(i为虚数单位)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

答案 D

解析 z===-i,其对应的点为,在第四象限.故选D.

(2)(选修A1-2P61A组T3)在复平面内,复数6+5i,-2+3i对应的点分别为A,B.若C为线段AB的中点,则点C对应的复数是(  )

A.4+8iB.8+2iC.2+4iD.4+i

答案 C

解析 ∵A(6,5),B(-2,3),∴线段AB的中点C(2,4),则点C对应的复数为z=2+4i.故选C.

3.小题热身

(1)(2017·全国卷Ⅱ)=(  )

A.1+2iB.1-2iC.2+iD.2-i

答案 D

解析 ===2-i.故选D.

(2)(2015·全国卷Ⅰ)设复数z满足=i,则|z|=(  )

A.1B.C.D.2

答案 A

解析 由已知=i,可得z====i,∴|z|=|i|=1,故选A.

 

题型1 复数的有关概念

  已知x,y为共轭复数,且(x+y)2-3xyi=4-6i,求x,y.

复数问题实数化.

解 设x=a+bi(a,b∈R),

则y=a-bi,x+y=2a,xy=a2+b2,

代入原式,得(2a)2-3(a2+b2)i=4-6i,

根据复数相等得

解得或或或

故所求复数为或或或

方法技巧

有关复数的基本概念问题的关键

因为复数的分类、相等、模、共轭复数等问题都与实部与虚部有关,所以处理复数有关基本概念问题的关键是找准复数的实部和虚部,即转化为a+bi(a,b∈R)的形式,再从定义出发,把复数问题转化成实数问题来处理.见典例.

 

冲关针对训练

(2018·山西四校联考)i是虚数单位,若=a+bi(a,b∈R),则lg(a+b)的值是(  )

A.-2B.-1C.0D.

答案 C

解析 因为==-,所以a=,b=-,a+b=1,所以lg(a+b)=0,故选C.

题型2 复数的几何意义

  (2016·全国卷Ⅱ)已知z=(m+3)+(m-1)i在复平面内对应的点在第四象限,则实数m的取值范围是(  )

A.(-3,1)B.(-1,3)

C.(1,+∞)D.(-∞,-3)

根据复数z=a+bi(a,b∈R)的几何意义,写出不等式求解.

答案 A

解析 由已知可得⇒⇒-3

[条件探究1] 若将典例1中条件“z=(m+3)+(m-1)i在复平面内对应的点在第四象限”变为“复数z的共轭复数=1+2i(i为虚数单位)”,则复数z在复平面内对应的点在第几象限?

解 由条件知z=1-2i,其在复平面内对应的点为(1,-2),在第四象限.

[条件探究2] 若将典例1中条件变为“复数(1-i)(a+i)在复平面内对应的点在第二象限”,求实数a的取值范围.

解 ∵复数(1-i)(a+i)=a+1+(1-a)i在复平面内对应的点在第二象限,∴∴a<-1.即实数a的取值范围是(-∞,-1).

  (2017·全国卷Ⅲ)设复数z满足(1+i)z=2i,则|z|=(  )

A.B.C.D.2

先求z的代数形式,再求|z|.

答案 C

解析 由(1+i)z=2i得z==1+i,∴|z|=.故选C.

方法技巧

复数几何意义及应用

1.复数z、复平面上的点Z及向量相互联系,即z=a+bi(a,b∈R)⇔Z(a,b)⇔.见典例1.

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.

3.|z|的几何意义:

令z=x+yi(x,y∈R),则|z|=,由此可知表示复数z的点到原点的距离就是|z|的几何意义;|z1-z2|的几何意义是复平面内表示复数z1,z2的两点之间的距离.见典例2.

 

冲关针对训练

1.(2014·全国卷Ⅱ)设复数z1,z2在复平面内的对应点关于虚轴对称,z1=2+i,则z1z2=(  )

A.-5B.5C.-4+iD.-4-i

答案 A

解析 由题意得z2=-2+i,∴z1z2=(2+i)(-2+i)=-5,故选A.

2.若复数z满足①|z|≥1;②|z+i|≤|-1-2i|,则z在复平面内所对应的图形的面积为________.

答案 4π

解析 设z=x+yi(x,y∈R),由|z|≥1及|z+i|≤|-1-2i|易得x2+y2≥1及x2+(y+1)2≤5知z在复平面内对应图形的面积为5π-π=4π.

题型3 复数的代数运算

  (2016·全国卷Ⅲ)若z=1+2i,则=(  )

A.1B.-1C.iD.-i

先作乘法z·运算,然后作除法运算.

答案 C

解析 ∵z=(1+2i)(1-2i)=5,∴==i,故选C.

方法技巧

1.加减乘除运算法则

(1)复数的加法、减法、乘法运算可以类比多项式运算,除法关键是分子分母同乘以分母的共轭复数,注意要把i的幂写成最简形式.

(2)记住以下结论,可提高运算速度:

①(1±i)2=±2i;②=i;③=-i;④=b-ai;⑤i4n=1,i4n+1=i,i4n+2=-1,i4n+3=-i(n∈N).

2.复数方程要求解,运用概念相等来解决

解决复数与三角函数、方程等综合问题,关键是抓住复数的实部、虚部,运用好复数的概念来解决问题.

 

冲关针对训练

+2018=________.

答案 2i

解析 原式=+1009

=i+1009=i+i1009=i+i4×252+1=i+i=2i.

 

1.(2017·全国卷Ⅰ)设有下面四个命题

p1:

若复数z满足∈R,则z∈R;

p2:

若复数z满足z2∈R,则z∈R;

p3:

若复数z1,z2满足z1z2∈R,则z1=2;

p4:

若复数z∈R,则∈R.

其中的真命题为(  )

A.p1,p3B.p1,p4C.p2,p3D.p2,p4

答案 B

解析 设z=a+bi(a,b∈R),z1=a1+b1i(a1,b1∈R),z2=a2+b2i(a2,b2∈R).

对于p1,若∈R,即=∈R,则b=0且a≠0⇒z=a+bi=a∈R,所以p1为真命题.

对于p2,若z2∈R,即(a+bi)2=a2+2abi-b2∈R,则ab=0.当a=0,b≠0时,z=a+bi=bi∈/R,所以p2为假命题.

对于p3,若z1z2∈R,即(a1+b1i)(a2+b2i)=(a1a2-b1b2)+(a1b2+a2b1)i∈R,则a1b2+a2b1=0.而z1=2,即a1+b1i=a2-b2i⇔a1=a2,b1=-b2.因为a1b2+a2b1=0⇒/a1=a2,b1=-b2,所以p3为假命题.

对于p4,若z∈R,即a+bi∈R,则b=0⇒=a-bi=a∈R,所以p4为真命题.故选B.

2.(2018·安徽安庆模拟)设i是虚数单位,如果复数的实部与虚部相等,那么实数a的值为(  )

A.B.-C.3D.-3

答案 C

解析 =,由题意知2a-1=a+2,解之得a=3.故选C.

3.(2017·浙江高考)已知a,b∈R,(a+bi)2=3+4i(i是虚数单位),则a2+b2=________,ab=________.

答案 5 2

解析 (a+bi)2=a2-b2+2abi.

由(a+bi)2=3+4i,得解得a2=4,b2=1.

所以a2+b2=5,ab=2.

4.(2017·天津高考)已知a∈R,i为虚数单位,若为实数,则a的值为________.

答案 -2

解析 ∵a∈R,===-i为实数,∴-=0,∴a=-2.

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一、选择题

1.(2018·湖南长沙四县联考)i是虚数单位,若复数z满足zi=-1+i,则复数z的实部与虚部的和是(  )

A.0B.1C.2D.3

答案 C

解析 复数z满足zi=-1+i,可得z===1+i.故复数z的实部与虚部的和是1+1=2,故选C.

2.(2018·湖北优质高中联考)已知复数z=1+i(i是虚数单位),则-z2的共轭复数是(  )

A.-1+3iB.1+3iC.1-3iD.-1-3i

答案 B

解析 -z2=-(1+i)2=-2i=1-i-2i=1-3i,其共轭复数是1+3i,故选B.

3.(2017·河南洛阳模拟)设复数z满足=|1-i|+i(i为虚数单位),则复数z=(  )

A.-iB.+iC.1D.-1-2i

答案 A

解析 复数z满足=|1-i|+i=+i,则复数z=-i.故选A.

4.(2018·广东测试)若z=(a-)+ai为纯虚数,其中a∈R,则=(  )

A.iB.1C.-iD.-1

答案 C

解析 ∵z为纯虚数,∴∴a=,

∴====-i.故选C.

5.(2018·安徽江南十校联考)若复数z满足z(1-i)=|1-i|+i,则z的实部为(  )

A.B.-1C.1D.

答案 A

解析 由z(1-i)=|1-i|+i,得z===+i,z的实部为,故选A.

6.(2017·安徽十校联考)若z=,则|z|=(  )

A.B.1C.5D.25

答案 B

解析 解法一:

z===-i,故|z|=1.故选B.

解法二:

|z|====1.故选B.

7.(2017·河南百校联盟模拟)已知复数z的共轭复数为,若(1-2i)=5-i(i为虚数单位),则在复平面内,复数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

答案 A

解析 依题意,设z=a+bi(a,b∈R),则+=2a+bi,故2a+bi==1+i,

故a=,b=,则在复平面内,复数z对应的点为,位于第一象限.故选A.

8.(2018·新乡、许昌、平顶山调

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