高考理科数学复习题解析 数系的扩充与复数的引入

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高考数学复习 第四节 数系的扩充与复数的引入[考纲传真] 1.理解复数的概念,理解复数相等的充要条件.2.了解复数的代数表示法及其几何意义.3.能进行复数代数形式的四则运算,了解两个具体复数相加、减的几何意义.1.复数的有关概念(1)复数的概念:形如a +b i(a ,b ∈R )的数叫复数,其中a 叫做复数z 的实部,b 叫做复数z 的虚部(i 为虚数单位).(2)分类:满足条件(a ,b 为实数)复数的分类a +b i 为实数⇔b =0a +b i 为虚数⇔b ≠0 a +b i 为纯虚数⇔a =0且b ≠0(3)复数相等:a +b i =c +d i ⇔a =c ,b =d (a ,b ,c ,d ∈R ). (4)共轭复数:a +b i 与c +d i 共轭⇔a =c ,b =-d (a ,b ,c ,d ∈R ).(5)复数的模:向量OZ →的模叫做复数z =a +b i 的模,记作|z |或|a +b i|,即|z |=|a +b i|=a 2+b 2(a ,b ∈R ).2.复数的几何意义 复数z =a +b i复平面内的点Z (a ,b )平面向量OZ →=(a ,b ).3.复数的运算(1)运算法则:设z 1=a +b i ,z 2=c +d i ,a ,b ,c ,d ∈R .(2)几何意义:复数加减法可按向量的平行四边形或三角形法则进行.如图给出的平行四边形OZ 1ZZ 2可以直观地反映出复数加减法的几何意义,即OZ →=OZ 1→+OZ 2→,Z 1Z 2→=OZ 2→-OZ 1→.[常用结论]1.(1±i)2=±2i,1+i 1-i =i ,1-i 1+i =-i.2.-b +a i =i(a +b i). 3.i 4n=1,i4n +1=i ,i4n +2=-1,i4n +3=-i(n ∈N *);i 4n +i4n +1+i4n +2+i4n +3=0(n ∈N *).4.z ·z =|z |2=|z |2,|z 1·z 2|=|z 1|·|z 2|,⎪⎪⎪⎪⎪⎪z 1z 2=|z 1||z 2|,|z n |=|z |n .[基础自测]1.(思考辨析)判断下列结论的正误.(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)复数z =a +b i(a ,b ∈R )中,虚部为b i. ( )(2)复数中有相等复数的概念,因此复数可以比较大小. ( ) (3)实轴上的点表示实数,虚轴上的点都表示纯虚数. ( )(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.(教材改编)如图所示,在复平面内,点A 表示复数z ,则图中表示z 的共轭复数的点是( )A .AB .BC .CD .DB [共轭复数对应的点关于实轴对称.]3.(教材改编)设m ∈R ,复数z =m 2-1+(m +1)i 表示纯虚数,则m 的值为( ) A .1 B .-1 C .±1D .0A [由题意得⎩⎪⎨⎪⎧m 2-1=0m +1≠0,解得m =1,故选A.]4.复数1+2i2-i=( )A .iB .1+iC .-iD .1-iA [1+2i 2-i=1+2i 2+i 2-i2+i =5i5=i.]5.(教材改编)设x ,y ∈R ,若(x +y )+(y -1)i =(2x +3y )+(2y +1)i ,则复数z =x +y i 在复平面上对应的点位于( )A .第一象限B .第二象限C .第三象限D .第四象限D [由题意知⎩⎪⎨⎪⎧x +y =2x +3y ,y -1=2y +1,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =4,y =-2.则复数z =4-2i 在复平面上对应的点位于第四象限,故选D.]复数的有关概念1.(2018·全国卷Ⅰ)设z =1-i1+i+2i ,则|z |=( ) A .0 B.12C .1 D. 2C [z =1-i 1+i +2i =1-i21+i 1-i +2i =i ,所以|z |=1.]2.(2018·浙江高考)复数21-i (i 为虚数单位)的共轭复数是( )A .1+iB .1-iC .-1+iD .-1-iB [21-i=21+i1-i 1+i=1+i ,所以复数21-i 的共轭复数为1-i ,故选B.]3.(2017·天津高考)已知a ∈R ,i 为虚数单位,若a -i2+i为实数,则a 的值为________. -2 [∵a ∈R ,a -i2+i=a -i2-i 2+i 2-i =2a -1-a +2i 5=2a -15-a +25i 为实数, ∴-a +25=0,∴a =-2.][规律方法] 解决复数概念问题的策略1复数的分类、复数的相等、复数的模,共轭复数的概念都与复数的实部与虚部有关,所以解答与复数相关概念有关的问题时,需把所给复数化为代数形式,即a +b i a ,b ∈R 的形式,再根据题意列出实部、虚部满足的方程组即可.2求复数模的常规思路是利用复数的有关运算先求出复数z ,然后利用复数模的定义求解.复数的运算►考法1 复数的乘法运算【例1】 (1)(2018·全国卷Ⅲ)(1+i)(2-i)=( ) A .-3-i B .-3+i C .3-iD .3+i(2)(2016·全国卷Ⅰ)设(1+2i)(a +i)的实部与虚部相等,其中a 为实数,则a =( ) A .-3 B .-2C .2D .3(3)若a 为实数,且(2+a i)(a -2i)=-4i ,则a =( ) A .-1 B .0C .1D .2(1)D (2)A (3)B [(1)(1+i)(2-i)=2-i +2i -i 2=3+i.故选D.(2)(1+2i)(a +i)=a -2+(1+2a )i ,由题意知a -2=1+2a ,解得a =-3,故选A. (3)因为(2+a i)(a -2i)=-4i , 所以4a +(a 2-4)i =-4i.所以⎩⎪⎨⎪⎧4a =0,a 2-4=-4.解得a =0.故选B.]►考法2 复数的除法运算【例2】 (1)(2018·天津高考)i 是虚数单位,复数6+7i1+2i=________. (2)(2018·江苏高考)若复数z 满足i·z =1+2i ,其中i 是虚数单位,则z 的实部为________.(1)4-i (2)2 [(1)6+7i 1+2i =6+7i1-2i 1+2i 1-2i =6+14+7i -12i5=4-i.(2)z =1+2i i =1+2i -ii -i =2-i故z 的实部为2.] ►考法3 复数的综合运算【例3】 (1)(2019·太原模拟)设复数z 满足1-z1+z =i ,则z 的共轭复数为( )A .iB .-iC .2iD .-2i(2)(2016·全国卷Ⅲ)若z =4+3i ,则z|z |=( ) A .1 B .-1 C.45+35i D.45-35i (3)若复数z 满足 2z +z =3-2i ,其中i 为虚数单位,则z 等于( ) A .1+2i B .1-2i C .-1+2iD .-1-2i(1)A (2)D (3)B [(1)由1-z1+z=i 得1-z =i +z i. 即(1+i)z =1-i ,则z =1-i1+i =-i ,因此z =i ,故选A.(2)∵z =4+3i ,∴z =4-3i ,|z |=42+32=5, ∴z|z |=4-3i 5=45-35i. (3)设z =a +b i(a ,b ∈R ),则z =a -b i ,所以2(a +b i)+(a -b i)=3-2i ,整理得3a+b i =3-2i ,所以⎩⎪⎨⎪⎧3a =3,b =-2,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =1,b =-2,所以z =1-2i ,故选B.][规律方法] 复数代数形式运算问题的常见类型及解题策略1复数的乘法.复数的乘法类似于多项式的四则运算,可将含有虚数单位i 的看作一类同类项,不含i 的看作另一类同类项,分别合并即可.2复数的除法.除法的关键是分子分母同乘以分母的共轭复数,解题时要注意把i 的幂写成最简形式.3复数的运算与复数概念的综合题.先利用复数的运算法则化简,一般化为a +b i a ,b ∈R 的形式,再结合相关定义解答.(1)(2019·合肥模拟)已知i 为虚数单位,则2-i=( )A .5B .5iC .-75-125iD .-75+125i(2)(2019·惠州模拟)已知复数z 的共轭复数为z ,若z (1-i)=2i(i 为虚数单位),则z =( )A .iB .i -1C .-i -1D .-i(3)(2019·南昌模拟)设z 的共轭复数是z ,若z +z =2,z 2=-2i ,则z =( ) A.12-12i B.12+12i C .1+iD .1-i(1)A (2)C (3)D [(1)法一:2+i3-4i 2-i =10-5i2-i =5,故选A.法二:2+i3-4i 2-i =2+i23-4i2+i2-i=3+4i3-4i5=5,故选A.(2)由已知可得z =2i 1-i =2i 1+i1-i 1+i=-1+i ,则z =-1-i ,故选C. (3)对四个选项逐一验证可知,当z =1-i 时,符合题意,故选D.]复数的几何意义【例4】 (1)(2018·北京高考)在复平面内,复数11-i 的共轭复数对应的点位于( )A .第一象限B .第二象限C .第三象限D .第四象限(2)(2019·郑州模拟)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,+∞)(1)D (2)B [(1)11-i=1+i 1-i 1+i =1+i 2=12+12i ,所以11-i 的共轭复数为12-12i ,在复平面内对应的点为⎝ ⎛⎭⎪⎫12,-12,位于第四象限,故选D.(2)复数(1-i)(a +i)=a +1+(1-a )i ,其在复平面内对应的点(a +1,1-a )在第二象限,故⎩⎪⎨⎪⎧a +1<0,1-a >0,解得a <-1,故选B.][规律方法] 与复数几何意义相关的问题的一般解法 第一步,进行简单的复数运算,将复数化为标准的代数形式;第二步,把复数问题转化为复平面的点之间的关系,依据是复数a +b i 与复平面上的点a ,b 一一对应.(1)(2019·广州模拟)设z =1+i(i 是虚数单位),则复数z+z 2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(2)在复平面内与复数z =5i1+2i 所对应的点关于虚轴对称的点为A ,则A 对应的复数为( )A .1+2iB .1-2iC .-2+iD .2+i(1)A (2)C [(1)因为z =1+i ,所以2z +z 2=21+i +(1+i)2=21-i 1+i 1-i +1+2i +i 2=21-i2+2i =1+i ,所以该复数在复平面内对应的点的坐标为(1,1),位于第一象限,故选A.(2)依题意得,复数z =5i 1-2i 1+2i 1-2i=i(1-2i)=2+i ,其对应的点的坐标是(2,1),因此点A (-2,1)对应的复数为-2+i.]1.(2017·全国卷Ⅰ)下列各式的运算结果为纯虚数的是( ) A .i(1+i)2B .i 2(1-i) C .(1+i)2D .i(1+i)C [A 项,i(1+i)2=i(1+2i +i 2)=i×2i=-2,不是纯虚数. B 项,i 2(1-i)=-(1-i)=-1+i ,不是纯虚数. C 项,(1+i)2=1+2i +i 2=2i ,是纯虚数. D 项,i(1+i)=i +i 2=-1+i ,不是纯虚数. 故选C.]2.(2017·全国卷Ⅲ)复平面内表示复数z =i(-2+i)的点位于( ) A .第一象限 B .第二象限 C .第三象限D .第四象限C [∵z =i(-2+i)=-1-2i ,∴复数z =-1-2i 所对应的复平面内的点为Z (-1,-2),位于第三象限.故选C.]3.(2016·全国卷Ⅰ)设(1+i)x =1+y i ,其中x ,y 是实数,则|x +y i|=( ) A .1 B. 2C. 3 D .2B [∵(1+i)x =1+y i ,∴x +x i =1+y i.又∵x ,y ∈R ,∴x =1,y =x =1. ∴|x +y i|=|1+i|=2,故选B.]4.(2015·全国卷Ⅰ)已知复数z 满足(z -1)i =1+i ,则z =( ) A .-2-i B .-2+i C .2-iD .2+iC [∵(z -1)i =i +1,∴z -1=i +1i =1-i ,∴z =2-i ,故选C.]自我感悟:______________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________。