2019年高一高二数学同步学案人教A版选修1-2 第三章 3.2 第1课时 复数代数形式的加、减运算及其几何意义(课件+讲义)

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名称 2019年高一高二数学同步学案人教A版选修1-2 第三章 3.2 第1课时 复数代数形式的加、减运算及其几何意义(课件+讲义)
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资源类型 教案
版本资源 人教新课标A版
科目 数学
更新时间 2019-05-06 09:06:13

文档简介



第1课时 复数代数形式的加、减运算及其几何意义
[核心必知]
1.预习教材,问题导入
根据以下提纲,预习教材P56~P57,回答下列问题.
(1)设z1=a+bi,z2=c+di是任意两个复数,则z1+z2为何值?
提示:z1+z2=(a+bi)+(c+di)=(a+c)+(b+d)i.
(2)对于复数z1,z2,z3,关系式z1+z2=z2+z1和(z1+z2)+z3=z1+(z2+z3)成立吗?
提示:成立.
(3)设1=(a,b),2=(c,d)分别与复数z1=a+bi,z2=c+di对应,如图所示.则1+2,z1+z2各为何值?它们之间有什么对应关系?1-2与z1-z2之间又有什么关系?
提示:1+2=(a+c,b+d),z1+z2=(a+c)+(b+d)i,故1+2是复数z1+z2所对应的平面向量.1-2是复数z1-z2所对应的平面向量.
2.归纳总结,核心必记
(1)复数的加、减法运算法则
设z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d∈R),
则z1+z2=(a+c)+(b+d)i,
z1-z2=(a-c)+(b-d)i.
(2)复数加法的运算律
①交换律:z1+z2=z2+z1;
②结合律:(z1+z2)+z3=z1+(z2+z3).
(3)复数加、减法的几何意义
如图,设在复平面内复数z1,z2对应的向量分别为1,2,以OZ1,OZ2为邻边作平行四边形,则与z1+z2对应的向量是 ,与z1-z2对应的向量是 .
[问题思考]
(1)在实数范围内a-b>0?a>b恒成立,在复数范围内是否有z1-z2>0?z1>z2恒成立呢?
提示:若z1,z2∈R,则z1-z2>0?z1>z2成立.否则z1-z2>0?/ z1>z2.
如z1=1+i,z2=i,虽然z1-z2=1>0,但不能说1+i大于i.
(2)复数|z1-z2|的几何意义是什么?
提示:表示复数z1,z2对应的两点Z1与Z2间的距离.
[课前反思]
(1)复数的加、减法运算法则是什么?运算律有哪些?
(2)复数的加、减法的几何意义是什么?
 

知识点1
复数的加、减运算
 
[思考] 若z1=a+bi,z2=c+di,则z1+z2,z1-z2为何值?
名师指津:z1+z2=(a+c)+(b+d)i,z1-z2=(a-c)+(b-d)i.
?讲一讲
1.计算:
(1)(-3+2i)-(4-5i);
(2)(5-6i)+(-2-2i)-(3+2i);
(3)(6-3i)+(3+2i)-(3-4i)-(-2+i);
(4)(a+bi)+(2a-3bi)+4i(a,b∈R).
[尝试解答] (1)(-3+2i)-(4-5i)=(-3-4)+[2-(-5)]i=-7+7i.
(2)(5-6i)+(-2-2i)-(3+2i)
=[5+(-2)-3]+[(-6)+(-2)-2]i=-10i.
(3)(6-3i)+(3+2i)-(3-4i)-(-2+i)=[6+3-3-(-2)]+[-3+2-(-4)-1]i=8+2i.
(4)(a+bi)+(2a-3bi)+4i=(a+2a)+(b-3b+4)i=3a+(4-2b)i.

(1)复数代数形式的加、减法运算实质就是将实部与实部相加减,虚部与虚部相加减之后分别作为结果的实部与虚部,因此要准确地提取复数的实部与虚部.
(2)复数的运算可以类比多项式的运算(类似于合并同类项):若有括号,括号优先;若无括号,可以从左到右依次进行计算.
?练一练
1.计算:(1)2i-[3+2i+3(-1+3i)];
(2)(a+2bi)-(3a-4bi)-5i(a,b∈R).
解:(1)原式=2i-(3+2i-3+9i)=2i-11i=-9i.
(2)原式=-2a+6bi-5i=-2a+(6b-5)i.
知识点2
复数加、减运算的几何意义
 
?讲一讲
2.已知四边形ABCD是复平面上的平行四边形,顶点A,B,C分别对应于复数-5-2i,-4+5i,2,求点D对应的复数及对角线AC,BD的长.
[尝试解答] 
如图,因为AC与BD的交点M是各自的中点,
所以有zM==,
所以zD=zA+zC-zB=1-7i,
因为:zC-zA=2-(-5-2i)
=7+2i,
所以| |=|7+2i|
==,
因为:zD-zB=(1-7i)-(-4+5i)
=5-12i,
所以| |=|5-12i|
==13.
故点D对应的复数是1-7i,AC与BD的长分别是和13.

运用复数加、减运算的几何意义应注意的问题
向量加法、减法运算的平行四边形法则和三角形法则是复数加法、减法几何意义的依据.利用加法“首尾相接”和减法“指向被减数”的特点,在三角形内可求得第三个向量及其对应的复数.注意向量对应的复数是zB-zA(终点对应的复数减去起点对应的复数).
?练一练
2.已知平行四边形ABCD中,与对应的复数分别是3+2i与1+4i,两对角线AC与BD相交于O点.
(1)求对应的复数;
(2)求对应的复数.
解:(1)由于四边形ABCD是平行四边形,
所以=+,
于是=-,而(1+4i)-(3+2i)=-2+2i,
即对应的复数是-2+2i.
(2)由于=-,而(3+2i)-(-2+2i)=5,
即对应的复数是5.

知识点3
复数加、减运算几何意义的应用
 
[思考] 在复平面内,z1,z2对应的点分别为A,B,z1+z2对应的点为C,O为坐标原点,则
(1)四边形OACB是什么四边形?
提示:平行四边形.
(2)若|z1+z2|=|z1-z2|,则该四边形OACB的形状是什么?
提示:矩形.
(3)若|z1|=|z2|,则四边形OACB的形状是什么?
提示:菱形.
(4)若|z1|=|z2|,且|z1+z2|=|z1-z2|,则四边形OACB又是什么形状?
提示:正方形.
?讲一讲
3.已知z∈C,且|z+3-4i|=1,求|z|的最大值与最小值.
[尝试解答] 
由于|z+3-4i|=|z-(-3+4i)|=1,所以在复平面上,复数z对应的点Z与复数-3+4i对应的点C之间的距离等于1,故复数z对应的点Z的轨迹是以C(-3,4)为圆心,半径等于1的圆.
而|z|表示复数z对应的点Z到原点O的距离,
又|OC|=5,所以点Z到原点O的最大距离为5+1=6,最小距离为5-1=4.
即|z|max=6,|z|min=4.

(1)|z-z0|表示复数z,z0的对应点之间的距离,在应用时,要把绝对值号内变为两复数差的形式.
(2)|z-z0|=r表示以z0对应的点为圆心,r为半径的圆.
(3)涉及复数模的最值问题以及点的轨迹问题,均可从两点间距离公式的复数表达形式入手进行分析判断,然后通过几何方法进行求解.
?练一练
3.设z1,z2∈C,已知|z1|=|z2|=1,|z1+z2|=,求|z1-z2|.
解:法一:设z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d∈R),
由题设知a2+b2=1,c2+d2=1,(a+c)2+(b+d)2=2,
又(a+c)2+(b+d)2=a2+2ac+c2+b2+2bd+d2,
可得2ac+2bd=0.
∴|z1-z2|2=(a-c)2+(b-d)2
=a2+c2+b2+d2-(2ac+2bd)=2,
∴|z1-z2|=.
法二:作出z1、z2对应的向量、,使1+2=.
∵|z1|=|z2|=1,又、不共线(若、共线,则|z1+z2|=2或0,与|z1+z2|=矛盾).
∴平行四边形OZ1ZZ2为菱形.
又|z1+z2|=,
∴∠Z1OZ2=90°,即四边形OZ1ZZ2为正方形,
故|z1-z2|=.
———————[课堂归纳·感悟提升]——————
1.本节课的重点是复数的加法和减法运算,难点是复数加、减法运算的几何意义及其应用.
2.本节课要重点掌握的规律方法
(1)复数的加法、减法运算,见讲1;
(2)复数加法、减法运算的几何意义,见讲2;
(3)复数加法、减法运算几何意义的应用,见讲3.
3.对复数的加法、减法运算应注意以下几点:
(1)一种规定:复数的代数形式的加法法则是一种规定,减法是加法的逆运算;
特殊情形:当复数的虚部为零时,与实数的加法、减法法则一致.
(2)运算律:实数加法的交换律、结合律在复数集中仍成立.实数的移项法则在复数中仍然成立.
(3)运算结果:两个复数的和(差)是唯一确定的复数.
课下能力提升(九)
[学业水平达标练]
题组1 复数的加、减运算
1.(2-2i)-(-3i+5)等于(  )
               
A.2-i B.-3+i
C.5i-7 D.2+3i
解析:选B (2-2i)-(-3i+5)=(2-5)+(-2+3)i=-3+i.故选B.
2.复数z1=a+4i,z2=-3+bi,若它们的和为实数,差为纯虚数,则实数a,b的值为(  )
A.a=-3,b=-4 B.a=-3,b=4
C.a=3,b=-4 D.a=3,b=4
解析:选A 由题意可知z1+z2=(a-3)+(b+4)i是实数,z1-z2=(a+3)+(4-b)i是纯虚数,故
解得a=-3,b=-4,故选A.
3.设z1=x+2i,z2=3-yi(x,y∈R),且z1+z2=5-6i,则z1-z2=________.
解析:∵z1+z2=5-6i,∴(x+2i)+(3-yi)=5-6i,∴即∴z1=2+2i,z2=3-8i,∴z1-z2=(2+2i)-(3-8i)=-1+10i.
答案:-1+10i
4.计算:(1)(1+2i)+(-2+i)+(-2-i)+(1-2i);
(2)(i2+i)+|i|+(1+i).
解:(1)原式=(-1+3i)+(-2-i)+(1-2i)
=(-3+2i)+(1-2i)=-2.
(2)原式=(-1+i)++(1+i)
=-1+i+1+1+i=1+2i.
题组2 复数加、减运算的几何意义
5.已知复数z对应的向量如图所示,则复数z+1所对应的向量正确的是(  )
解析:选A 由图可知z=-2+i,所以z+1=-1+i,则复数z+1所对应的向量的坐标为(-1,1),故选A.
6.若复平面上的?ABCD中,对应的复数为6+8i,对应的复数为-4+6i,则对应的复数是(  )
A.2+14i B.1+7i
C.2-14i D.-1-7i
解析:选D 设AC与BD交于点O,则有=+
= + =-( +).于是对应的复数为-[(6+8i)+(-4+6i)]=-1-7i,故选D.
7.在复平面内,复数1+i与1+3i分别对应向量和,其中O为坐标原点,则| |=________.
解析:由题意=-,∴对应的复数为(1+3i)-(1+i)=2i,∴| |=2.
答案:2
8.复数z1=1+2i,z2=-2+i,z3=-1-2i,它们在复平面内的对应点是一个正方形的三个顶点,如图所示,求这个正方形的第四个顶点对应的复数.
解:复数z1,z2,z3所对应的点分别为A,B,C,设正方形的第四个顶点D对应的复数为x+yi(x,y∈R).
因为=-,所以对应的复数为(x+yi)-(1+2i)=(x-1)+(y-2)i,因为=-,所以对应的复数为(-1-2i)-(-2+i)=1-3i.因为=,所以它们对应的复数相等,即解得
故点D对应的复数为2-i.
题组3 复数加、减运算几何意义的应用
9.若|z-1|=|z+1|,则复数z对应的点Z(  )
A.在实轴上 B.在虚轴上
C.在第一象限 D.在第二象限
解析:选B 设z=x+yi(x,y∈R),
由|z-1|=|z+1|得(x-1)2+y2=(x+1)2+y2,
化简得:x=0.
10.A,B分别是复数z1,z2在复平面内对应的点,O是原点,若|z1+z2|=|z1-z2|,则三角形AOB一定是(  )
A.等腰三角形 B.直角三角形
C.等边三角形 D.等腰直角三角形
解析:选B 根据复数加(减)法的几何意义,知以,为邻边所作的平行四边形的对角线相等,则此平行四边形为矩形,故三角形OAB为直角三角形.
[能力提升综合练]
1.若|z|+z=3+i,则z等于(  )
A.1-i B.1+i
C.+i D.-+i
解析:选C 设z=x+yi(x,y∈R),
由|z|+z=3+i得+x+yi=3+i,
即 解得
所以z=+i,故选C.
2.设f(z)=z,z1=3+4i,z2=-2-i,则f(z1-z2)等于(  )
A.1-3i B.-2+11i
C.-2+i D.5+5i
解析:选D ∵z1=3+4i,z2=-2-i,
∴z1-z2=(3+4i)-(-2-i)=5+5i,
又∵f(z)=z,
∴f(z1-z2)=z1-z2=5+5i.
3.复数z=x+yi(x,y∈R)满足条件|z-4i|=|z+2|,则2x+4y的最小值为(  )
A.2 B.4
C.4 D.16
解析:选C 由|z-4i|=|z+2|,得|x+(y-4)i|=|x+2+yi|,∴x2+(y-4)2=(x+2)2+y2,即x+2y=3,
∴2x+4y=2x+22y≥2=2=4,
当且仅当x=2y=时,2x+4y取得最小值4.
4.复数z1,z2分别对应复平面内的点M1,M2,且|z1+z2|=|z1-z2|,线段M1M2的中点M对应的复数为4+3i,则|z1|2+|z2|2等于(  )
A.10 B.25
C.100 D.200
解析:选C 根据复数加减法的几何意义,由|z1+z2|=|z1-z2|知,以,为邻边的平行四边形是矩形(对角线相等),即∠M1OM2为直角,M是斜边M1M2的中点,
因为| |==5.所以|M1M2|=10.
所以|z1|2+|z2|2=| |2+| |2=| |2=100.故选C.
5.已知复数z1=(a2-2)+(a-4)i,z2=a-(a2-2)i(a∈R),且z1-z2为纯虚数,则a=________.
解析:z1-z2=(a2-a-2)+(a-4+a2-2)i(a∈R)为纯虚数,
∴解得a=-1.
答案:-1
6.已知|z|=3,且z+3i是纯虚数,则z=________.
解析:设z=a+bi(a,b∈R),
因为|z|=3,所以a2+b2=9.
又z+3i=a+bi+3i=a+(b+3)i为纯虚数,
所以即
又a2+b2=9,所以a=0,b=3,所以z=3i.
答案:3i
7.已知z1=(3x+y)+(y-4x)i,z2=(4y-2x)-(5x+3y)i(x,y∈R),若z1-z2=13-2i,求z1,z2.
解:z1-z2=(3x+y)+(y-4x)i-[(4y-2x)-(5x+3y)i]
=[(3x+y)-(4y-2x)]+[(y-4x)+(5x+3y)]i
=(5x-3y)+(x+4y)i.
又∵z1-z2=13-2i,
∴(5x-3y)+(x+4y)i=13-2i.
∴解得
∴z1=(3×2-1)+(-1-4×2)i=5-9i.
z2=[4×(-1)-2×2]-[5×2+3×(-1)]i=-8-7i.
8.在平行四边形ABCD中,已知,对应的复数分别为z1=3+5i,z2=-1+2i.
(1)求对应的复数;
(2)求对应的复数;
(3)求平行四边形ABCD的面积.
解:(1)因为=+=+,
所以=-,
故对应的复数为
z=z1-z2=(3+5i)-(-1+2i)=4+3i.
(2)因为=-=-,
所以对应的复数为(4+3i)-(-1+2i)=5+i.
(3)由(1)(2)可知在平行四边形ABCD中,
==(-1,2),==(4,3),
所以cos∠DAB===,
因此sin∠DAB==.
于是平行四边形ABCD的面积
S=| || |sin∠DAB=×5×=11.
课件26张PPT。复数的加、减运算 复数加、减运算的几何意义 复数加、减运算几何意义的应用 谢谢!课下能力提升(九)
[学业水平达标练]
题组1 复数的加、减运算
1.(2-2i)-(-3i+5)等于(  )
A.2-i B.-3+i
C.5i-7 D.2+3i
解析:选B (2-2i)-(-3i+5)=(2-5)+(-2+3)i=-3+i.故选B.
2.复数z1=a+4i,z2=-3+bi,若它们的和为实数,差为纯虚数,则实数a,b的值为(  )
A.a=-3,b=-4 B.a=-3,b=4
C.a=3,b=-4 D.a=3,b=4
解析:选A 由题意可知z1+z2=(a-3)+(b+4)i是实数,z1-z2=(a+3)+(4-b)i是纯虚数,故
解得a=-3,b=-4,故选A.
3.设z1=x+2i,z2=3-yi(x,y∈R),且z1+z2=5-6i,则z1-z2=________.
解析:∵z1+z2=5-6i,∴(x+2i)+(3-yi)=5-6i,∴即∴z1=2+2i,z2=3-8i,∴z1-z2=(2+2i)-(3-8i)=-1+10i.
答案:-1+10i
4.计算:(1)(1+2i)+(-2+i)+(-2-i)+(1-2i);
(2)(i2+i)+|i|+(1+i).
解:(1)原式=(-1+3i)+(-2-i)+(1-2i)
=(-3+2i)+(1-2i)=-2.
(2)原式=(-1+i)++(1+i)
=-1+i+1+1+i=1+2i.
题组2 复数加、减运算的几何意义
5.已知复数z对应的向量如图所示,则复数z+1所对应的向量正确的是(  )
解析:选A 由图可知z=-2+i,所以z+1=-1+i,则复数z+1所对应的向量的坐标为(-1,1),故选A.
6.若复平面上的?ABCD中,对应的复数为6+8i,对应的复数为-4+6i,则对应的复数是(  )
A.2+14i B.1+7i
C.2-14i D.-1-7i
解析:选D 设AC与BD交于点O,则有=+
= + =-( +).于是对应的复数为-[(6+8i)+(-4+6i)]=-1-7i,故选D.
7.在复平面内,复数1+i与1+3i分别对应向量和,其中O为坐标原点,则| |=________.
解析:由题意=-,∴对应的复数为(1+3i)-(1+i)=2i,∴| |=2.
答案:2
8.复数z1=1+2i,z2=-2+i,z3=-1-2i,它们在复平面内的对应点是一个正方形的三个顶点,如图所示,求这个正方形的第四个顶点对应的复数.
解:复数z1,z2,z3所对应的点分别为A,B,C,设正方形的第四个顶点D对应的复数为x+yi(x,y∈R).
因为=-,所以对应的复数为(x+yi)-(1+2i)=(x-1)+(y-2)i,因为=-,所以对应的复数为(-1-2i)-(-2+i)=1-3i.因为=,所以它们对应的复数相等,即解得
故点D对应的复数为2-i.
题组3 复数加、减运算几何意义的应用
9.若|z-1|=|z+1|,则复数z对应的点Z(  )
A.在实轴上 B.在虚轴上
C.在第一象限 D.在第二象限
解析:选B 设z=x+yi(x,y∈R),
由|z-1|=|z+1|得(x-1)2+y2=(x+1)2+y2,
化简得:x=0.
10.A,B分别是复数z1,z2在复平面内对应的点,O是原点,若|z1+z2|=|z1-z2|,则三角形AOB一定是(  )
A.等腰三角形 B.直角三角形
C.等边三角形 D.等腰直角三角形
解析:选B 根据复数加(减)法的几何意义,知以,为邻边所作的平行四边形的对角线相等,则此平行四边形为矩形,故三角形OAB为直角三角形.
[能力提升综合练]
1.若|z|+z=3+i,则z等于(  )
A.1-i B.1+i
C.+i D.-+i
解析:选C 设z=x+yi(x,y∈R),
由|z|+z=3+i得+x+yi=3+i,
即 解得
所以z=+i,故选C.
2.设f(z)=z,z1=3+4i,z2=-2-i,则f(z1-z2)等于(  )
A.1-3i B.-2+11i
C.-2+i D.5+5i
解析:选D ∵z1=3+4i,z2=-2-i,
∴z1-z2=(3+4i)-(-2-i)=5+5i,
又∵f(z)=z,
∴f(z1-z2)=z1-z2=5+5i.
3.复数z=x+yi(x,y∈R)满足条件|z-4i|=|z+2|,则2x+4y的最小值为(  )
A.2 B.4
C.4 D.16
解析:选C 由|z-4i|=|z+2|,得|x+(y-4)i|=|x+2+yi|,∴x2+(y-4)2=(x+2)2+y2,即x+2y=3,
∴2x+4y=2x+22y≥2=2=4,
当且仅当x=2y=时,2x+4y取得最小值4.
4.复数z1,z2分别对应复平面内的点M1,M2,且|z1+z2|=|z1-z2|,线段M1M2的中点M对应的复数为4+3i,则|z1|2+|z2|2等于(  )
A.10 B.25
C.100 D.200
解析:选C 根据复数加减法的几何意义,由|z1+z2|=|z1-z2|知,以,为邻边的平行四边形是矩形(对角线相等),即∠M1OM2为直角,M是斜边M1M2的中点,
因为| |==5.所以|M1M2|=10.
所以|z1|2+|z2|2=| |2+| |2=| |2=100.故选C.
5.已知复数z1=(a2-2)+(a-4)i,z2=a-(a2-2)i(a∈R),且z1-z2为纯虚数,则a=________.
解析:z1-z2=(a2-a-2)+(a-4+a2-2)i(a∈R)为纯虚数,
∴解得a=-1.
答案:-1
6.已知|z|=3,且z+3i是纯虚数,则z=________.
解析:设z=a+bi(a,b∈R),
因为|z|=3,所以a2+b2=9.
又z+3i=a+bi+3i=a+(b+3)i为纯虚数,
所以即
又a2+b2=9,所以a=0,b=3,所以z=3i.
答案:3i
7.已知z1=(3x+y)+(y-4x)i,z2=(4y-2x)-(5x+3y)i(x,y∈R),若z1-z2=13-2i,求z1,z2.
解:z1-z2=(3x+y)+(y-4x)i-[(4y-2x)-(5x+3y)i]
=[(3x+y)-(4y-2x)]+[(y-4x)+(5x+3y)]i
=(5x-3y)+(x+4y)i.
又∵z1-z2=13-2i,
∴(5x-3y)+(x+4y)i=13-2i.
∴解得
∴z1=(3×2-1)+(-1-4×2)i=5-9i.
z2=[4×(-1)-2×2]-[5×2+3×(-1)]i=-8-7i.
8.在平行四边形ABCD中,已知,对应的复数分别为z1=3+5i,z2=-1+2i.
(1)求对应的复数;
(2)求对应的复数;
(3)求平行四边形ABCD的面积.
解:(1)因为=+=+,
所以=-,
故对应的复数为
z=z1-z2=(3+5i)-(-1+2i)=4+3i.
(2)因为=-=-,
所以对应的复数为(4+3i)-(-1+2i)=5+i.
(3)由(1)(2)可知在平行四边形ABCD中,
==(-1,2),==(4,3),
所以cos∠DAB===,
因此sin∠DAB==.
于是平行四边形ABCD的面积
S=| || |sin∠DAB=×5×=11.