§2 复数的四则运算
2.1 复数的加法与减法
学习目标 1.熟练掌握复数代数形式的加减乘除运算.2.理解复数乘法的交换律、结合律和乘法对加法的分配律.3.理解共轭复数的概念.
知识点 复数代数形式的加减法
思考 类比多项式的加减法运算,想一想复数如何进行加减法运算?
答案 两个复数相加(减)就是把实部与实部、虚部与虚部分别相加(减),即(a+bi)±(c+di)=(a±c)+(b±d)i.
梳理 (1)运算法则
设z1=a+bi,z2=c+di是任意两个复数,那么(a+bi)+(c+di)=(a+c)+(b+d)i,(a+bi)-(c+di)=(a-c)+(b-d)i.
(2)加法运算律
对任意z1,z2,z3∈C,有z1+z2=z2+z1,(z1+z2)+z3=z1+(z2+z3).
1.在进行复数的加法时,实部与实部相加得实部,虚部与虚部相加得虚部.( √ )
2.复数的加、减法满足交换律和结合律.( √ )
类型一 复数的加法、减法运算
例1 (1)若z1=2+i,z2=3+ai(a∈R),复数z1+z2所对应的点在实轴上,则a=________.
(2)已知复数z满足|z|i+z=1+3i,则z=________.
考点 复数的加减法运算法则
题点 复数加减法的综合应用
答案 (1)-1 (2)1+i
解析 (1)z1+z2=(2+i)+(3+ai)=5+(a+1)i,
由题意得a+1=0,则a=-1.
(2)设z=x+yi(x,y∈R),则|z|=,
∴|z|i+z=i+x+yi=x+(+y)i
=1+3i,
∴解得
∴z=1+i.
反思与感悟 (1)复数的加减运算就是实部与实部相加减,虚部与虚部相加减.
(2)当一个等式中同时含有|z|与z时,一般用待定系数法,设z=x+yi(x,y∈R).
跟踪训练1 (1)若复数z满足z+i-3=3-i,则z=________.
(2)(a+bi)-(2a-3bi)-3i=________(a,b∈R).
(3)已知复数z满足|z|+z=1+i,则z=________.
考点 复数的加减法运算法则
题点 复数加减法的综合应用
答案 (1)6-2i (2)-a+(4b-3)i (3)i
解析 (1)∵z+i-3=3-i,∴z=6-2i.
(2)(a+bi)-(2a-3bi)-3i
=(a-2a)+(b+3b-3)i=-a+(4b-3)i.
(3)设z=x+yi(x,y∈R),|z|=,
∴|z|+z=(+x)+yi=1+i,
∴解得 ∴z=i.
类型二 复数加、减法的应用
例2 (1)如图所示,平行四边形OABC的顶点O,A,C对应的复数分别为0,3+2i,-2+4i.求:①表示的复数;②表示的复数;③表示的复数.
解 因为A,C对应的复数分别为3+2i,-2+4i,
由复数的几何意义知,与表示的复数分别为3+2i,-2+4i.
①因为=-,所以表示的复数为-3-2i.
②因为=-,
所以表示的复数为(3+2i)-(-2+4i)=5-2i.
③=+,
所以表示的复数为(3+2i)+(-2+4i)=1+6i.
(2)已知z1,z2∈C,|z1|=|z2|=1,|z1+z2|=,求|z1-z2|.
解 根据复数加减法的几何意义,由|z1|=|z2|知,以,为邻边的平行四边形OACB是菱形.
如图,对应的复数为z1,对应的复数为z2,
∴||=||,对应的复数为z1+z2,∴||=.
在△AOC中,||=||=1,||=,
∴∠AOC=30°.
同理得∠BOC=30°,
∴△OAB为等边三角形,则||=1,对应的复数为z1-z2,∴|z1-z2|=1.
引申探究
若将本例(2)中的条件“|z1+z2|=”改为“|z1-z2|=1”,求|z1+z2|.
解 如例2(2)解析中的图,向量表示的复数为z1-z2,∴||=1,
则△AOB为等边三角形,∴∠AOC=30°.
取AB与OC的交点为D,
则||=,∴||=,而表示的复数为z1+z2,
∴|z1+z2|=.
反思与感悟 (1)技巧:
①形转化为数:利用几何意义可以把几何图形的变换转化成复数运算去处理;
②数转化为形:对于一些复数运算也可以给予几何解释,使复数作为工具运用于几何之中.
(2)常见结论: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,则四边形:
①OACB为平行四边形;
②若|z1+z2|=|z1-z2|,则四边形OACB为矩形;
③若|z1|=|z2|,则四边形OACB为菱形;
④若|z1|=|z2|且|z1+z2|=|z1-z2|,则四边形OACB为正方形.
跟踪训练2 (1)已知复平面内的平面向量,表示的复数分别是-2+i,3+2i,则||=________.
(2)若z1=2+i,z2=3+ai,复数z2-z1所对应的点在第四象限上,则实数a的取值范围是__________.
答案 (1) (2)(-∞,1)
解析 (1)∵=+,
∴表示的复数为(-2+i)+(3+2i)=1+3i,
∴||==.
(2)z2-z1=1+(a-1)i,
由题意知a-1<0,即a<1.
1.已知复数z1=-i和复数z2=cos60°+isin60°,则z1+z2等于( )
A.1 B.-1
C.-i D.+i
答案 A
解析 ∵z2=+i,∴z1+z2=1.
2.设z1=3-4i,z2=-2+3i,则z1-z2在复平面内对应的点位于( )
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 ∵z1-z2=5-7i,
∴z1-z2在复平面内对应的点位于第四象限.
3.在复平面内,O是原点,,,表示的复数分别为-2+i,3+2i,1+5i,则表示的复数为( )
A.2+8i B.-6-6i
C.4-4i D.-4+2i
答案 C
解析 =-=-(+)=4-4i.
4.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=________.
答案 -1
解析 ∵z1-z2=(a2-a-2)+(a-4+a2-2)i(a∈R)为纯虚数,∴解得a=-1.
5.设平行四边形ABCD在复平面内,A为原点,B,D两点对应的复数分别是3+2i和2-4i,则点C对应的复数是__________.
答案 5-2i
解析 设AC与BD的交点为E,则E点坐标为,设点C坐标为(x,y),则x=5,y=-2,故点C对应的复数为5-2i.
1.复数代数形式的加减法满足交换律、结合律,复数的减法是加法的逆运算.
2.复数加法的几何意义就是向量加法的平行四边形法则,复数减法的几何意义就是向量减法的三角形法则.
一、选择题
1.实数x,y满足z1=y+xi,z2=yi-x,且z1-z2=2,则xy的值是( )
A.1 B.2
C.-2 D.-1
答案 A
解析 z1-z2=(y+x)+(x-y)i=2,
即 ∴x=y=1,则xy=1.
2.已知复数z1=(a2-2)-3ai,z2=a+(a2+2)i,若z1+z2是纯虚数,则实数a的值为( )
A.1 B.2
C.-2 D.-2或1
答案 C
解析 z1+z2=(a2+a-2)+(a2-3a+2)i,
由题意知 解得a=-2.
3.设复数z满足关系式z+|z|=2+i,则z等于( )
A.-+i B.-i
C.--i D.+i
答案 D
解析 设z=a+bi(a,b∈R),
则z+|z|=(a+)+bi=2+i,
则 解得
∴z=+i.
4.设f(z)=|z|,z1=3+4i,z2=-2-i,则f(z1-z2)等于( )
A. B.5
C. D.5
答案 D
解析 ∵z1-z2=5+5i,∴f(z1-z2)=|z1-z2|=5.
5.在复平面内点A,B,C所对应的复数分别为1+3i,-i,2+i,若=,则点D表示的复数是( )
A.1-3i B.-3-i
C.3+5i D.5+3i
答案 C
解析 ∵点A,B,C对应的复数分别为1+3i,-i,2+i,
∴对应的复数为2+2i.设D(x,y),
∵=,∴(x-1,y-3)=(2,2),
∴ 解得
∴点D表示的复数为3+5i.
6.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( )
答案 A
解析 由图知z=-2+i,则z+1=-1+i,由复数的几何意义可知,A正确.
7.复数z1=1+icosθ,z2=sinθ-i,则|z1-z2|的最大值为( )
A.3-2 B.-1
C.3+2 D.+1
答案 D
解析 |z1-z2|=|(1-sinθ)+(cosθ+1)i|
=
=
=.
∵max=1,
∴|z1-z2|max==+1.
二、填空题
8.计算(5-5i)+(-2-i)-(3+4i)=________.
答案 -10i
解析 (5-5i)+(-2-i)-(3+4i)=(5-2-3)+(-5-1-4)i=-10i.
9.已知x,y∈R,i为虚数单位,(x-2)i+3-y=1-i,则x-y-(x+y)i=________.
答案 -1-3i
解析 依据复数相等的条件,得到
即所以x-y-(x+y)i=-1-3i.
10.若复数z满足z=|z|-3-4i,则z=________.
答案 -4i
解析 设z=a+bi(a,b∈R).
∵z=|z|-3-4i,∴a+bi=-3-4i,
∴解得
∴z=-4i.
11.已知z1=(3x+y)+(y-4x)i(x,y∈R),z2=(4y-2x)-(5x+3y)i(x,y∈R).设z=z1-z2,且z=13-2i,则z1=________,z2=________.
答案 5-9i -8-7i
解析 ∵z=z1-z2=(3x+y-4y+2x)+(y-4x+5x+3y)i=(5x-3y)+(x+4y)i=13-2i,
∴解得
∴z1=5-9i,z2=-8-7i.
三、解答题
12.计算:
(1)(1+2i)+(3-4i)-(5+6i);
(2)5i-[(3+4i)-(-1+3i)].
解 (1)(1+2i)+(3-4i)-(5+6i)
=(1+3-5)+(2-4-6)i=-1-8i.
(2)5i-[(3+4i)-(-1+3i)]
=5i-(4+i)=-4+4i.
13.设m∈R,复数z1=+(m-15)i,z2=-2+m(m-3)i,若z1+z2是虚数,求m的取值范围.
解 ∵z1=+(m-15)i,z2=-2+m(m-3)i,
∴z1+z2=+[(m-15)+m(m-3)]i
=+(m2-2m-15)i.
∵z1+z2为虚数,∴m2-2m-15≠0且m≠-2,
解得m≠5,m≠-3且m≠-2(m∈R).
四、探究与拓展
14.已知复数(x-2)+yi(x,y∈R)的模为,则的最大值为________.
答案
解析 ∵|x-2+yi|=,
∴(x-2)2+y2=3,故(x,y)在以C(2,0)为圆心,为半
径的圆上,表示圆上的点(x,y)与原点连线的斜率.
如图,由平面几何知识易知,的最大值为.
15.已知复平面内平行四边形ABCD,A点对应的复数为2+i,向量对应的复数为1+2i,向量对应的复数为3-i,求:
(1)点C,D对应的复数;
(2)平行四边形ABCD的面积.
解 (1)因为向量对应的复数为1+2i,向量对应的复数为3-i,
所以向量对应的复数为(3-i)-(1+2i)=2-3i.
又=+,
所以点C对应的复数为(2+i)+(2-3i)=4-2i.
因为=,
所以向量对应的复数为3-i,
即=(3,-1).
设D(x,y),则=(x-2,y-1)=(3,-1),
所以解得
所以点D对应的复数为5.
(2)因为·=||||cosB,
所以cosB===.
所以sinB=.
所以S=||||sinB=××=7,
所以平行四边形ABCD的面积为7.