考点一
复数的概念
复数的概念是掌握复数并解答复数有关问题的基础,其中有虚数单位i,复数的代数形式,实部与虚部、虚数、纯虚数、复数相等、共轭复数等.有关复数题目的解答是有别于实数问题的,应根据有关概念求解.
[典例1] (1)复数+的虚部是( )
A.i B.
C.-i D.-
(2)若复数(a2-3a+2)+(a-1)i是纯虚数,则实数a的值为( )
A.1 B.2 C.1或2 D.-1
解析:(1)选B +=+=+=-+i,故虚部为.
(2)选B 由纯虚数的定义,可得解得a=2.
[对点训练]
1.设z1=a+2i,z2=3-4i,且为纯虚数,则实数a的值为________.
解析:设=bi(b∈R且b≠0),所以z1=bi·z2,即a+2i=bi(3-4i)=4b+3bi.所以所以a=.
答案:
2.设复数z=lg(m2-2m-2)+(m2+3m+2)i,试求实数m的取值,使(1)z是纯虚数;(2)z是实数;(3)z在复平面上的对应点在复平面的第二象限.
解:(1)由得m=3.
∴当m=3时,z是纯虚数.
(2)由得m=-1或m=-2.
∴当m=-1或m=-2时,z是实数.
(3)由得
-1
∴当-1考点二
复数的四则运算
1.复数加、减、乘、除运算的实质是实数的加减乘除,加减法是对应实、虚部相加减;乘法类比多项式乘法;除法类比分式的分子分母有理化,注意i2=-1.
2.复数四则运算法则是进行复数运算的基础,同时应熟练掌握i幂的周期性变化,即i4n+1=i,i4n+2=-1,i4n+3=-i,i4n=1,复数的四则运算常与复数的概念、复数的几何意义等结合在一起考查.
另外计算要注意下面结论的应用:
(1)(a±b)2=a2±2ab+b2,
(2)(a+b)(a-b)=a2-b2,
(3)(1±i)2=±2i,
(4)=-i,
(5)=i,=-i,
(6)a+bi=i(b-ai).
[典例2] 复数等于( )
A.+i B.-i
C.-+i D.--i
解析:选D =-==--i.
[典例3] 已知复数z1=,z2=a-3i(a∈R).
(1)若a=2,求z1·;
(2)若z=是纯虚数,求a的值.
解:由于z1=====1-3i.
(1)当a=2时,z2=2-3i,
∴z1·2=(1-3i)·(2+3i)=2+3i-6i+9=11-3i.
(2)若z====为纯虚数,则应满足
解得a=-9.即a的值为-9.
[对点训练]
3.设复数z满足(1-i)z=2i,则z=( )
A.-1+i B.-1-i
C.1+i D.1-i
解析:选A z==-1+i,故选A.
4.设a,b∈R,a+bi=(i为虚数单位),则a+b的值为________.
解析:∵a+bi=,
∴a+bi==5+3i.
根据复数相等的充要条件可得a=5,b=3,
故a+b=8.
答案:8
5.计算:
(1)(1-i)(1+i);
(2);
(3)(2-i)2.
解:(1)法一:(1-i)(1+i)
=(1+i)
=(1+i)
=+i+i+i2
=-1+i.
法二:原式=(1-i)(1+i)
=(1-i2)
=2
=-1+i.
(2)
=
=
=
==i.
(3)(2-i)2
=(2-i)(2-i)
=4-4i+i2
=3-4i.
考点三
复数的几何意义
复数z=a+bi(a,b∈R)和复平面上的点Z(a,b)一一对应,和向量一一对应,正确求出复数的实部和虚部是解决此类题目的关键.
[典例4] 若i为虚数单位,如图中复平面内点Z表示复数z,则表示复数的点是( )
A.E B.F C.G D.H
解析:选D 由题图可得z=3+i,所以====2-i,则其在复平面上对应的点为H(2,-1).
[典例5] 已知z是复数,z+2i,均为实数(i为虚数单位),且复数(z+ai)2在复平面上对应的点在第一象限,求实数a的取值范围.
解:设z=x+yi(x,y∈R),
则z+2i=x+(y+2)i,
==(x+yi)(2+i)
=(2x-y)+(2y+x)i.
由题意知
∴∴z=4-2i.
∵(z+ai)2=[4+(a-2)i]2=(12+4a-a2)+8(a-2)i,
由已知得
∴2∴实数a的取值范围是(2,6).
[对点训练]
6.若复数z满足iz=2+4i,则在复平面内,z对应的点的坐标是( )
A.(2,4) B.(2,-4)
C.(4,-2) D.(4,2)
解析:选C 由iz=2+4i,可得z===4-2i,所以z对应的点的坐标是(4,-2).
7.已知等腰梯形OABC的顶点A、B在复平面上对应的复数分别为1+2i,-2+6i,OA∥BC.求顶点C所对应的复数z.
解:设z=x+yi,x,y∈R,如图,A(1,2),B(-2,6),C(x,y).
∵OA∥BC,|OC|=|BA|,
∴kOA=kBC,|zC|=|zB-zA|,
即
解得或
∵|OA|≠|BC|,
∴x=-3,y=4(舍去),故z=-5.
考点四
复数的模及其几何意义
复数z=a+bi(a,b∈R)对应复平面上的点Z,则复数的模|z|=| |=,即Z(a,b)到原点的距离.
[典例6] 已知复数z满足|z+2-2i|=1,求|z-3-2i|的最小值.
解:法一:设z=x+yi(x,y∈R),
则|x+yi+2-2i|=1,即|(x+2)+(y-2)i|=1.
∴(x+2)2+(y-2)2=1.
∴|z-3-2i|=
==,
由(y-2)2=1-(x+2)2≥0,得x2+4x+3≤0.
∴-3≤x≤-1,∴16≤-10x+6≤36.
∴4≤≤6.
∴当x=-1时,|z-3-2i|取最小值4.
法二:由复数及其模的几何意义知:
满足|z+2-2i|=1,即|z-(-2+2i)|=1的复数z所对应的点是以C(-2,2)为圆心,半径r=1的圆,而|z-3-2i|=|z-(3+2i)|的几何意义是:复数z对应的点与点A(3,2)的距离.
由圆的知识可知|z-3-2i|的最小值为|AC|-r.
又|AC|==5,
所以|z-3-2i|的最小值为5-1=4.
[对点训练]
8.在复平面内,点P,Q分别对应复数z1,z2,且z2=2z1+3-4i,|z1|=1,则点Q的轨迹是( )
A.线段 B.圆
C.椭圆 D.双曲线
解析:选B ∵z2=2z1+3-4i,∴2z1=z2-(3-4i).
∵|z1|=1,∴|2z1|=2,∴|z2-(3-4i)|=2,由模的几何意义可知点Q的轨迹是以(3,-4)为圆心,2为半径的圆.
9.已知复数z,且|z|=2,求|z-i|的最大值,以及取得最大值时的z.
解:法一:设z=x+yi(x,y∈R),
∵|z|=2,∴x2+y2=4,
|z-i|=|x+yi-i|=|x+(y-1)i|=
==.
∵y2=4-x2≤4,∴-2≤y≤2.
故当y=-2时,5-2y取最大值9,从而取最大值3,此时x=0,即|z-i|取最大值3时,z=-2i.
法二:方程|z|=2表示以原点为圆心,以2为半径的圆,而|z-i|表示圆上的点到点A(0,1)的距离.如图,连接AO并延长与圆交于点B(0,-2),显然根据平面几何的知识可知,圆上的点B到点A的距离最大,最大值为3,即当z=-2i时,|z-i|取最大值3.
阶段质量检测(三)
一、选择题(本大题共12小题,每小题5分,共60分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.(1+i)(2+i)=( )
A.1-i B.1+3i
C.3+i D.3+3i
解析:选B (1+i)(2+i)=2+i2+3i=1+3i.
2.复数z=i(i+1)(i为虚数单位)的共轭复数是( )
A.-1-i B.-1+i
C.1-i D.1+i
解析:选A ∵z=i(i+1)=-1+i,∴=-1-i.
3.若复数(1-i)(a+i)在复平面内对应的点在第二象限,则实数a的取值范围是( )
A.(-∞,1) B.(-∞,-1)
C.(1,+∞) D.(-1,+∞)
解析:选B 因为z=(1-i)(a+i)=a+1+(1-a)i,
所以它在复平面内对应的点为(a+1,1-a),
又此点在第二象限,所以解得a<-1.
4.设a是实数,且+是实数,则a等于( )
A. B.1 C. D.2
解析:选B +=+=+i,
由题意可知=0,即a=1.
5.设复数z满足(1+i)z=2i,则|z|=( )
A. B.
C. D.2
解析:选C 因为z===i(1-i)=1+i,
所以|z|=.
6.复数2=a+bi(a,b∈R,i是虚数单位),则a2-b2的值为( )
A.-1 B.0 C.1 D.2
解析:选A 2==-i=a+bi,所以a=0,b=-1,所以a2-b2=0-1=-1.
7.已知f(n)=in-i-n(i2=-1,n∈N),集合{f(n)|n∈N}的元素个数是( )
A.2 B.3 C.4 D.无数个
解析:选B f(0)=i0-i0=0,f(1)=i-i-1=i-=2i,
f(2)=i2-i-2=0,f(3)=i3-i-3=-2i,
由in的周期性知{f(n)|n∈N}={0,-2i,2i}.
8.已知复数z=-2i(其中i是虚数单位),则|z|=( )
A.2 B.2
C.3 D.3
解析:选C 复数z=3-i-2i=3-3i,则|z|=3,故选C.
9.z1=(m2+m+1)+(m2+m-4)i,m∈R,z2=3-2i,则“m=1”是“z1=z2”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
解析:选A m=1时,z1=3-2i=z2,故“m=1”是“z1=z2”的充分条件.
由z1=z2,得m2+m+1=3,且m2+m-4=-2,解得m=-2或m=1,故“m=1”不是“z1=z2”的必要条件.
10.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,p3 B.p1,p4
C.p2,p3 D.p2,p4
解析:选B 设复数z=a+bi(a,b∈R),对于p1,∵==∈R,∴b=0,
∴z∈R,∴p1是真命题;
对于p2,∵z2=(a+bi)2=a2-b2+2abi∈R,∴ab=0,∴a=0或b=0,∴p2不是真命题;
对于p3,设z1=x+yi(x,y∈R),z2=c+di(c,d∈R),则z1z2=(x+yi)(c+di)=cx-dy+(dx+cy)i∈R,
∴dx+cy=0,取z1=1+2i,z2=-1+2i,z1≠2,
∴p3不是真命题;
对于p4,∵z=a+bi∈R,∴b=0,∴=a-bi=a∈R,
∴p4是真命题.
11.定义运算=ad-bc,则符合条件=4+2i的复数z为( )
A.3-i B.1+3i
C.3+i D.1-3i
解析:选A 由定义知=zi+z,
得zi+z=4+2i,即z==3-i.
12.若1+i是关于x的实系数方程x2+bx+c=0的一个复数根,则( )
A.b=2,c=3 B.b=-2,c=3
C.b=-2,c=-1 D.b=2,c=-1
解析:选B 由题意可得(1+i)2+b(1+i)+c=0?-1+b+c+(2+b)i=0,
所以?
二、填空题(本大题共4小题,每小题5分,共20分,把答案填在题中横线上)
13.设i是虚数单位,是复数z的共轭复数.若z·i+2=2z,则z等于________.
解析:设z=a+bi(a,b∈R),则=a-bi,又z·i+2=2z,所以(a2+b2)i+2=2a+2bi,所以a=1,b=1,故z=1+i.
答案:1+i
14.设z2=z1-i1(其中1表示z1的共轭复数),已知z2的实部是-1,则z2的虚部为________.
解析:设z1=a+bi(a,b∈R),则z2=z1-i1=a+bi-i(a-bi)=(a-b)-(a-b)i,因为z2的实部是-1,即a-b=-1,所以z2的虚部为1.
答案:1
15.若关于x的方程x2+(2-i)x+(2m-4)i=0有实数根,则纯虚数m=________.
解析:设m=bi(b∈R,且b≠0),方程的实根为x0,则x+(2-i)x0+(2bi-4)i=0,
即(x+2x0-2b)-(x0+4)i=0,
即
解得x0=-4,b=4.
故m=4i.
答案:4i
16.已知复数z=a+bi(a,b∈R)且+=,则复数z在复平面对应的点位于第________象限.
解析:∵a,b∈R且+=,
即+=,
∴5a+5ai+2b+4bi=15-5i,
即解得
∴z=7-10i.
∴z对应的点位于第四象限.
答案:四
三、解答题(本大题共6小题,共70分,解答时应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤)
17.(本小题10分)实数k为何值时,复数z=(k2-3k-4)+(k2-5k-6)i是:
(1)实数;(2)虚数;(3)纯虚数;(4)0.
解:(1)当k2-5k-6=0,即k=6,或k=-1时,z是实数.
(2)当k2-5k-6≠0,即k≠6,且k≠-1时,z是虚数.
(3)当即k=4时,z是纯虚数.
(4)当即k=-1时,z是0.
18.(本小题12分)计算下列各题:
(1)(+i)5+4+7;
(2)12+8.
解:(1)(+i)5+4+7
=-i·()5·[(1+i)2]2·(1+i)+2+i7
=16(-1+i)--i
=-+(16-1)i.
(2)12+8
=(-i)12·12+8
=12+
=4+(-8+8i)
=1-8+8i=-7+8i.
19.(本小题12分)已知复数z满足|z|=1+3i-z,求的值.
解:设z=a+bi(a,b∈R),
∵|z|=1+3i-z,∴-1-3i+a+bi=0,
则解得∴z=-4+3i,
∴===3+4i.
20.(本小题12分)已知z=1+i,a,b为实数.
(1)若ω=z2+3-4,求|ω|;
(2)若=1-i,求a,b的值.
解:(1)因为ω=z2+3-4=(1+i)2+3(1-i)-4=-1-i,
所以|ω|==.
(2)由条件=1-i,
得=1-i,
即=1-i.
所以(a+b)+(a+2)i=1+i,
所以解得
21.(本小题12分)已知复数z1满足(1+i)z1=-1+5i,z2=a-2-i,其中i为虚数单位,a∈R,若|z1-2|<|z1|,求a的取值范围.
解:∵z1==2+3i,z2=a-2-i,2=a-2+i,
∴|z1-2|=|(2+3i)-(a-2+i)|=|4-a+2i|
=,
又∵|z1|=,|z1-|<|z1|,
∴<,
∴a2-8a+7<0,解得1∴a的取值范围是(1,7).
22.(本小题12分)已知z=m+3+3i,其中m∈C,且为纯虚数,
(1)求m对应的点的轨迹;
(2)求|z|的最大值、最小值.
解:(1)设m=x+yi(x,y∈R),则
==,
∵为纯虚数,∴即
∴m对应的点的轨迹是以原点为圆心,半径为3的圆,除去(-3,0),(3,0)两点.
(2)由(1)知|m|=3,由已知m=z-(3+3i),
∴|z-(3+3i)|=3.
∴z所对应的点Z在以(3,3)为圆心,以3为半径的圆上.
由图形可知|z|的最大值为|3+3i|+3=9;
最小值为|3+3i|-3=3.
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一、选择题(本大题共12小题,每小题5分,共60分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.(1+i)(2+i)=( )
A.1-i B.1+3i
C.3+i D.3+3i
解析:选B (1+i)(2+i)=2+i2+3i=1+3i.
2.复数z=i(i+1)(i为虚数单位)的共轭复数是( )
A.-1-i B.-1+i
C.1-i D.1+i
解析:选A ∵z=i(i+1)=-1+i,∴=-1-i.
3.若复数(1-i)(a+i)在复平面内对应的点在第二象限,则实数a的取值范围是( )
A.(-∞,1) B.(-∞,-1)
C.(1,+∞) D.(-1,+∞)
解析:选B 因为z=(1-i)(a+i)=a+1+(1-a)i,
所以它在复平面内对应的点为(a+1,1-a),
又此点在第二象限,所以解得a<-1.
4.设a是实数,且+是实数,则a等于( )
A. B.1 C. D.2
解析:选B +=+=+i,
由题意可知=0,即a=1.
5.设复数z满足(1+i)z=2i,则|z|=( )
A. B.
C. D.2
解析:选C 因为z===i(1-i)=1+i,
所以|z|=.
6.复数2=a+bi(a,b∈R,i是虚数单位),则a2-b2的值为( )
A.-1 B.0 C.1 D.2
解析:选A 2==-i=a+bi,所以a=0,b=-1,所以a2-b2=0-1=-1.
7.已知f(n)=in-i-n(i2=-1,n∈N),集合{f(n)|n∈N}的元素个数是( )
A.2 B.3 C.4 D.无数个
解析:选B f(0)=i0-i0=0,f(1)=i-i-1=i-=2i,
f(2)=i2-i-2=0,f(3)=i3-i-3=-2i,
由in的周期性知{f(n)|n∈N}={0,-2i,2i}.
8.已知复数z=-2i(其中i是虚数单位),则|z|=( )
A.2 B.2
C.3 D.3
解析:选C 复数z=3-i-2i=3-3i,则|z|=3,故选C.
9.z1=(m2+m+1)+(m2+m-4)i,m∈R,z2=3-2i,则“m=1”是“z1=z2”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
解析:选A m=1时,z1=3-2i=z2,故“m=1”是“z1=z2”的充分条件.
由z1=z2,得m2+m+1=3,且m2+m-4=-2,解得m=-2或m=1,故“m=1”不是“z1=z2”的必要条件.
10.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,p3 B.p1,p4
C.p2,p3 D.p2,p4
解析:选B 设复数z=a+bi(a,b∈R),对于p1,∵==∈R,∴b=0,
∴z∈R,∴p1是真命题;
对于p2,∵z2=(a+bi)2=a2-b2+2abi∈R,∴ab=0,∴a=0或b=0,∴p2不是真命题;
对于p3,设z1=x+yi(x,y∈R),z2=c+di(c,d∈R),则z1z2=(x+yi)(c+di)=cx-dy+(dx+cy)i∈R,
∴dx+cy=0,取z1=1+2i,z2=-1+2i,z1≠2,
∴p3不是真命题;
对于p4,∵z=a+bi∈R,∴b=0,∴=a-bi=a∈R,
∴p4是真命题.
11.定义运算=ad-bc,则符合条件=4+2i的复数z为( )
A.3-i B.1+3i
C.3+i D.1-3i
解析:选A 由定义知=zi+z,
得zi+z=4+2i,即z==3-i.
12.若1+i是关于x的实系数方程x2+bx+c=0的一个复数根,则( )
A.b=2,c=3 B.b=-2,c=3
C.b=-2,c=-1 D.b=2,c=-1
解析:选B 由题意可得(1+i)2+b(1+i)+c=0?-1+b+c+(2+b)i=0,
所以?
二、填空题(本大题共4小题,每小题5分,共20分,把答案填在题中横线上)
13.设i是虚数单位,是复数z的共轭复数.若z·i+2=2z,则z等于________.
解析:设z=a+bi(a,b∈R),则=a-bi,又z·i+2=2z,所以(a2+b2)i+2=2a+2bi,所以a=1,b=1,故z=1+i.
答案:1+i
14.设z2=z1-i1(其中1表示z1的共轭复数),已知z2的实部是-1,则z2的虚部为________.
解析:设z1=a+bi(a,b∈R),则z2=z1-i1=a+bi-i(a-bi)=(a-b)-(a-b)i,因为z2的实部是-1,即a-b=-1,所以z2的虚部为1.
答案:1
15.若关于x的方程x2+(2-i)x+(2m-4)i=0有实数根,则纯虚数m=________.
解析:设m=bi(b∈R,且b≠0),方程的实根为x0,则x+(2-i)x0+(2bi-4)i=0,
即(x+2x0-2b)-(x0+4)i=0,
即
解得x0=-4,b=4.
故m=4i.
答案:4i
16.已知复数z=a+bi(a,b∈R)且+=,则复数z在复平面对应的点位于第________象限.
解析:∵a,b∈R且+=,
即+=,
∴5a+5ai+2b+4bi=15-5i,
即解得
∴z=7-10i.
∴z对应的点位于第四象限.
答案:四
三、解答题(本大题共6小题,共70分,解答时应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤)
17.(本小题10分)实数k为何值时,复数z=(k2-3k-4)+(k2-5k-6)i是:
(1)实数;(2)虚数;(3)纯虚数;(4)0.
解:(1)当k2-5k-6=0,即k=6,或k=-1时,z是实数.
(2)当k2-5k-6≠0,即k≠6,且k≠-1时,z是虚数.
(3)当即k=4时,z是纯虚数.
(4)当即k=-1时,z是0.
18.(本小题12分)计算下列各题:
(1)(+i)5+4+7;
(2)12+8.
解:(1)(+i)5+4+7
=-i·()5·[(1+i)2]2·(1+i)+2+i7
=16(-1+i)--i
=-+(16-1)i.
(2)12+8
=(-i)12·12+8
=12+
=4+(-8+8i)
=1-8+8i=-7+8i.
19.(本小题12分)已知复数z满足|z|=1+3i-z,求的值.
解:设z=a+bi(a,b∈R),
∵|z|=1+3i-z,∴-1-3i+a+bi=0,
则解得∴z=-4+3i,
∴===3+4i.
20.(本小题12分)已知z=1+i,a,b为实数.
(1)若ω=z2+3-4,求|ω|;
(2)若=1-i,求a,b的值.
解:(1)因为ω=z2+3-4=(1+i)2+3(1-i)-4=-1-i,
所以|ω|==.
(2)由条件=1-i,
得=1-i,
即=1-i.
所以(a+b)+(a+2)i=1+i,
所以解得
21.(本小题12分)已知复数z1满足(1+i)z1=-1+5i,z2=a-2-i,其中i为虚数单位,a∈R,若|z1-2|<|z1|,求a的取值范围.
解:∵z1==2+3i,z2=a-2-i,2=a-2+i,
∴|z1-2|=|(2+3i)-(a-2+i)|=|4-a+2i|
=,
又∵|z1|=,|z1-|<|z1|,
∴<,
∴a2-8a+7<0,解得1∴a的取值范围是(1,7).
22.(本小题12分)已知z=m+3+3i,其中m∈C,且为纯虚数,
(1)求m对应的点的轨迹;
(2)求|z|的最大值、最小值.
解:(1)设m=x+yi(x,y∈R),则
==,
∵为纯虚数,∴即
∴m对应的点的轨迹是以原点为圆心,半径为3的圆,除去(-3,0),(3,0)两点.
(2)由(1)知|m|=3,由已知m=z-(3+3i),
∴|z-(3+3i)|=3.
∴z所对应的点Z在以(3,3)为圆心,以3为半径的圆上.
由图形可知|z|的最大值为|3+3i|+3=9;
最小值为|3+3i|-3=3.