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高二年级 数学
数系的扩充和复数的概念
一、数系的扩充过程
问题1 我们知道, 在实数集中无解,联系从自然数集到实数集的逐步扩充过程,是否能引入新数,适当扩充实数集,使这个方程在新数集中有解呢?
一、数系的扩充过程
自然数集
实际需要
计数的需要
一、数系的扩充过程
自然数集 整数集
负整数
引入
实际需要
计数的需要
刻画相反意义的数
一、数系的扩充过程
自然数集 整数集 有理数集
负整数
引入
引入
分数
实际需要
计数的需要
刻画相反意义的数
测量中的等分问题
一、数系的扩充过程
自然数集 整数集 有理数集 实数集 ?
负整数
引入
引入
分数
无理数
引入
实际需要
计数的需要
刻画相反意义的数
测量中的等分问题
度量的需要
一、数系的扩充过程
自然数集 整数集 有理数集 实数集 ?
负整数
引入
引入
分数
无理数
引入
实际需要
计数的需要
刻画相反意义的数
数学需要
测量中的等分问题
度量的需要
一、数系的扩充过程
自然数集 整数集 有理数集 实数集 ?
负整数
引入
引入
分数
无理数
引入
实际需要
计数的需要
刻画相反意义的数
数学需要
测量中的等分问题
度量的需要
一、数系的扩充过程
问题2 梳理从自然数系逐步扩充到实数系的过程,数系的每一次扩充,加法和乘法运算满足的“性质”有一致性吗?你能梳理数系扩充的“规则”吗?
一、数系的扩充过程
数系扩充后,在新数集中规定的加法运算和乘法运算,与原来数集中规定的加法和乘法运算协调一致:加法和乘法都满足交换律和结合律,乘法对加法满足分配律.
一、数系的扩充过程
为了解决 这样的方程在实数系中无解的问题,我们设想引入一个新数 ,使 是方程 的根,即使 .把这个新数 添加到实数集中去,得到一个新数集,记作 ,那么方程 在 中就有解 .
一、数系的扩充过程
一般地,为了使方程 有解,我们规定 的平方等于 ,即 ,并称 为虚数单位.
一、数系的扩充过程
一般地,为了使方程 有解,我们规定 的平方等于 ,即 ,并称 为虚数单位.
历史上人们曾经认为平方等于 的数是不存在的,是想象出来的 “虚幻”的数(imaginary number),数学家欧拉首先用 表示这个平方等于 的数.
一、数系的扩充过程
把新引进的数 添加到实数集后,我们希望按照前面总结的数系扩充的“规则”,对实数系进行进一步扩充.
也就是说,希望新引进的数 和实数之间仍然能像实数系那样进行加法和乘法运算,并希望加法和乘法都满足交换律、结合律,以及乘法对加法满足分配律.
一、数系的扩充过程
问题3 类比有理数系扩充到实数系的过程和方法,实数系经过扩充后,包含了哪些新数?
一、数系的扩充过程
问题3 类比有理数系扩充到实数系的过程和方法,实数系经过扩充后,包含了哪些新数?
类比有理数系扩充到实数系的过程和方法,以及实数系中的新数的形式,如 ,
一、数系的扩充过程
问题3 类比有理数系扩充到实数系的过程和方法,实数系经过扩充后,包含了哪些新数?
类比有理数系扩充到实数系的过程和方法,以及实数系中的新数的形式,如 , ,
一、数系的扩充过程
问题3 类比有理数系扩充到实数系的过程和方法,实数系经过扩充后,包含了哪些新数?
类比有理数系扩充到实数系的过程和方法,以及实数系中的新数的形式,如 , , 等.
一、数系的扩充过程
问题3 类比有理数系扩充到实数系的过程和方法,实数系经过扩充后,包含了哪些新数?
类比有理数系扩充到实数系的过程和方法,以及实数系中的新数的形式,如 , , 等.
例: ,
一、数系的扩充过程
问题3 类比有理数系扩充到实数系的过程和方法,实数系经过扩充后,包含了哪些新数?
类比有理数系扩充到实数系的过程和方法,以及实数系中的新数的形式,如 , , 等.
例: ,
一、数系的扩充过程
问题3 类比有理数系扩充到实数系的过程和方法,实数系经过扩充后,包含了哪些新数?
类比有理数系扩充到实数系的过程和方法,以及实数系中的新数的形式,如 , , 等.
例: , , 等.
一、数系的扩充过程
问题4 你能写出一个形式,把刚才大家所说的数都包含在内,并说明理由吗?
一、数系的扩充过程
问题4 你能写出一个形式,把刚才大家所说的数都包含在内,并说明理由吗?
所有新数都可以写成 ( , )的形式.
一、数系的扩充过程
问题4 你能写出一个形式,把刚才大家所说的数都包含在内,并说明理由吗?
所有新数都可以写成 ( , )的形式.
,
一、数系的扩充过程
问题4 你能写出一个形式,把刚才大家所说的数都包含在内,并说明理由吗?
所有新数都可以写成 ( , )的形式.
, ,
一、数系的扩充过程
问题4 你能写出一个形式,把刚才大家所说的数都包含在内,并说明理由吗?
所有新数都可以写成 ( , )的形式.
, , .
一、数系的扩充过程
思考:我们学过的任意一个实数,都可以表示成
( , )的形式吗?
所有实数系经过扩充后得到的新数集应该是
.
实数可以表示成 的形式.
二、复数的概念
定义:形如 ( , )的数叫做复数.
复数一般用小写字母 表示,即 ( , ).
这一表示形式叫做复数的代数形式.对于复数
以后不做特殊说明,都有 , ,其中 叫做复数 的
实部, 叫做复数 的虚部.
二、复数的概念
全体复数组成的集合称为复数集,记作 ,因此
.
二、复数的概念
全体复数组成的集合称为复数集,记作 ,因此
.
注意:(1) , ;
(2)复数 的虚部是 ,而不是 .
二、复数的概念
问题5 你能说说两个复数 和 ( ,,, )相等的含义?
二、复数的概念
问题5 你能说说两个复数 和 ( ,,, )相等的含义?
复数 与复数 相等当且仅当
且 .
二、复数的概念
复数 与复数 相等当且仅当
且 .
注意:当两个复数都是实数时,既可以判断它们之间相等或不相等,也可以比较它们之间的大小关系;当两个复数不都是实数时,只能判断相等或不相等,不能比较它们之间的大小关系.
三、复数的分类
问题6 我们已经将实数集扩充到复数集,那么复数集 和实数集 之间有什么关系?你能对复数 ( , )
进行分类,并用 图表示吗?
三、复数的分类
问题6 我们已经将实数集扩充到复数集,那么复数集 和实数集 之间有什么关系?你能对复数 ( , )
进行分类,并用 图表示吗?
复数
实数
三、复数的分类
问题6 我们已经将实数集扩充到复数集,那么复数集 和实数集 之间有什么关系?你能对复数 ( , )
进行分类,并用 图表示吗?
复数
实数
实数
三、复数的分类
问题6 我们已经将实数集扩充到复数集,那么复数集 和实数集 之间有什么关系?你能对复数 ( , )
进行分类,并用 图表示吗?
复数
实数
实数
虚数
三、复数的分类
问题6 我们已经将实数集扩充到复数集,那么复数集 和实数集 之间有什么关系?你能对复数 ( , )
进行分类,并用 图表示吗?
复数
实数
实数
虚数
纯虚数
三、复数的分类
问题6 我们已经将实数集扩充到复数集,那么复数集 和实数集 之间有什么关系?你能对复数 ( , )
进行分类,并用 图表示吗?
实数集 是复数集 的真子集,即 .
三、复数的分类
问题6 我们已经将实数集扩充到复数集,那么复数集 和实数集 之间有什么关系?你能对复数 ( , )
进行分类,并用 图表示吗?
复数集
三、复数的分类
问题6 我们已经将实数集扩充到复数集,那么复数集 和实数集 之间有什么关系?你能对复数 ( , )
进行分类,并用 图表示吗?
复数集
实数集
虚数集
三、复数的分类
问题6 我们已经将实数集扩充到复数集,那么复数集 和实数集 之间有什么关系?你能对复数 ( , )
进行分类,并用 图表示吗?
复数集
实数集
虚数集
纯虚数集
自然数集 整数集 有理数集 实数集 复数集
负整数
引入
引入
分数
无理数
引入
引入
虚数单位
例 指出下列复数的实部与虚部,并判断哪些是实数,哪些是虚数,哪些是纯虚数.
(1) ; (2) ; (3) ;
(4) ; (5) ; (6) .
例 指出下列复数的实部与虚部,并判断哪些是实数,哪些是虚数,哪些是纯虚数.
(1)
例 指出下列复数的实部与虚部,并判断哪些是实数,哪些是虚数,哪些是纯虚数.
(1)
解:(1)在复数 中 , ,所以它的实部是 ,虚部是 .
例 指出下列复数的实部与虚部,并判断哪些是实数,哪些是虚数,哪些是纯虚数.
(2) =
例 指出下列复数的实部与虚部,并判断哪些是实数,哪些是虚数,哪些是纯虚数.
(2) =
例 指出下列复数的实部与虚部,并判断哪些是实数,哪些是虚数,哪些是纯虚数.
(2) =
解:(2)在复数 中 , ,所以它的实部是 ,虚部是 .
例 指出下列复数的实部与虚部,并判断哪些是实数,哪些是虚数,哪些是纯虚数.
(3) (4)
例 指出下列复数的实部与虚部,并判断哪些是实数,哪些是虚数,哪些是纯虚数.
(3) = (4) =
例 指出下列复数的实部与虚部,并判断哪些是实数,哪些是虚数,哪些是纯虚数.
(3) = (4) =
解:(3)在复数 中 , ,所以它的实部是 ,虚部是 .
例 指出下列复数的实部与虚部,并判断哪些是实数,哪些是虚数,哪些是纯虚数.
(3) = (4) =
解:(4)在复数 中 , ,所以它的实部是 ,虚部是 .
例 指出下列复数的实部与虚部,并判断哪些是实数,哪些是虚数,哪些是纯虚数.
(5) =
例 指出下列复数的实部与虚部,并判断哪些是实数,哪些是虚数,哪些是纯虚数.
(5) =
解:(5)在复数 中 , ,所以它的实部是 ,虚部是 .
例 指出下列复数的实部与虚部,并判断哪些是实数,哪些是虚数,哪些是纯虚数.
(6) =
例 指出下列复数的实部与虚部,并判断哪些是实数,哪些是虚数,哪些是纯虚数.
(6) =
解:(6)在复数 中 , ,所以它的实部是 ,虚部是 .
例 指出下列复数的实部与虚部,并判断哪些是实数,哪些是虚数,哪些是纯虚数.
(1) ; (2) ; (3) ;
(4) ; (5) ; (6) .
例 指出下列复数的实部与虚部,并判断哪些是实数,哪些是虚数,哪些是纯虚数.
(1) ; (2) ; (3) ;
(4) ; (5) ; (6) .
第一步,将复数变形为 的形式;
第二步,找出 和 .
例 指出下列复数的实部与虚部,并判断哪些是实数,哪些是虚数,哪些是纯虚数.
(1) ; (2) ; (3) ;
(4) ; (5) ; (6) .
解:虚数有 , , , ;
纯虚数有 ;实数有 ,.
复数
实部
虚部
分类
虚数
虚数
实数
纯虚数
虚数
实数
例 当实数 取什么值时,复数 是
(1)实数; (2)虚数; (3)纯虚数.
例 当实数 取什么值时,复数 是
(1)实数; (2)虚数; (3)纯虚数.
分析:要想使复数 为实数,根据复数的分类,找出复数的代数形式中的 和 ,其中 , ,所以只需满足 ,即 即可.
例 当实数 取什么值时,复数 是
(1)实数; (2)虚数; (3)纯虚数.
分析:要想使复数 为实数,根据复数的分类,找出复数的代数形式中的 和 ,其中 , ,所以只需满足 ,即 即可.
解:(1)当 ,即 时,复数 是实数;
分析:要想使复数 为虚数,根据复数的分类,找出复数的代数形式中的 和 ,其中 , ,所以只需满足 ,即 即可.
例 当实数 取什么值时,复数 是
(1)实数; (2)虚数; (3)纯虚数.
分析:要想使复数 为虚数,根据复数的分类,找出复数的代数形式中的 和 ,其中 , ,所以只需满足 ,即 即可.
例 当实数 取什么值时,复数 是
(1)实数; (2)虚数; (3)纯虚数.
解:(2)当 ,即 时,复数 是虚数;
例 当实数 取什么值时,复数 是
(1)实数; (2)虚数; (3)纯虚数.
思考:当实数 取什么值时,复数 是纯虚数.
思考:当实数 取什么值时,复数 是纯虚数.
在复数 中, , .
当 ,即 .
思考:当实数 取什么值时,复数 是纯虚数.
在复数 中, , .
当 ,即 .
当 时,复数 ,不符合题意.
思考:当实数 取什么值时,复数 是纯虚数.
在复数 中, , .
当 ,即 .
当 时,复数 ,不符合题意.
当 时,复数 ,符合题意.
例 当实数 取什么值时,复数 是
(1)实数; (2)虚数; (3)纯虚数.
解:(3)当 且 时,即 时,
复数 是纯虚数.
例 如果 ,
求实数 ,的值.
例 如果 ,
求实数 ,的值.
解:根据复数相等的定义,得
例 如果 ,
求实数 ,的值.
解:根据复数相等的定义,得
解得 , .
四、反思总结,提炼学习收获
问题7 通过本节课的学习,你有哪些收获?试从知识、数学思想等方面谈谈.
四、反思总结,提炼学习收获
问题7 通过本节课的学习,你有哪些收获?试从知识、数学思想等方面谈谈.
数系的扩充
知识方面:
四、反思总结,提炼学习收获
问题7 通过本节课的学习,你有哪些收获?试从知识、数学思想等方面谈谈.
数系的扩充 复数的概念
知识方面:
四、反思总结,提炼学习收获
问题7 通过本节课的学习,你有哪些收获?试从知识、数学思想等方面谈谈.
数系的扩充 复数的概念 复数的分类
知识方面:
四、反思总结,提炼学习收获
问题7 通过本节课的学习,你有哪些收获?试从知识、数学思想等方面谈谈.
思想方法
四、反思总结,提炼学习收获
问题7 通过本节课的学习,你有哪些收获?试从知识、数学思想等方面谈谈.
思想方法
类比方法
四、反思总结,提炼学习收获
问题7 通过本节课的学习,你有哪些收获?试从知识、数学思想等方面谈谈.
思想方法
类比方法
方程思想
五、课后作业
1.实数 取什么值时,复数 是
(1)实数; (2)虚数; (3)纯虚数.
五、课后作业
2.分别求满足下列关系的实数 与 的值.
(1) ;
(2) .
同学们再见!