7.2 第1课时 复数的加、减运算及其几何意义(课件 学案 练习)高中数学人教A版(2019)必修 第二册

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7.2 第1课时 复数的加、减运算及其几何意义(课件 学案 练习)高中数学人教A版(2019)必修 第二册

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第七章
7.2 复数的四则运算
复 数
第1课时 复数的加、减运算及其几何意义
学习 目标 1.掌握复数代数形式的加、减运算法则.
2.理解复数加、减运算的几何意义,能利用“数形结合”的思想解题.
新知初探·基础落实
任意两个实数可以相加,实数中的加法运算满足交换律和结合律.复数集是从实数扩充而来的,复数Z和复平面内的向量一一对应,向量也有加、减法.
问题1:怎么定义复数的加法?
若z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d∈R),
则z1+z2=(a+c)+(b+d)i.
问题2:复数的加法满足交换律和结合律吗?
满足.
一、 概念生成
我们知道,复数与复平面内以原点为起点的向量一一对应.而我们讨论了向量加法的几何意义,你能由此出发讨论复数加法的几何意义吗?
设分别与复数a+bi,c+di对应,则=(a,b),=(c,d).由平面向量的坐标运算法则,得+=(a+c,b+d).
这说明两个向量的和就是复数(a+c)+(b+d)i对应的向量.因此,复数的加法可以按照向量的加法来进行,这就是复数加法的几何意义.
问题3:类比复数的加法法则,你认为复数有减法吗?复数的减法法则如何呢?
根据实数中加法是减法的逆运算,尝试给出复数减法的运算法则.
我们规定,复数的减法是加法的逆运算,即把满足(c+di)+(x+yi)=a+bi的复数x+yi(x,y∈R)叫做复数a+bi(a,b∈R)减去复数c+di(c,d∈R)的差,记作(a+bi) (c+di).
根据复数相等的定义可知(a+bi) (c+di)=(a c)+(b d)i.
请同学阅读课本P75—P77,完成下列填空.
二、 概念表述
1.复数的加法与减法运算
已知复数z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d∈R),
(1) 复数加法:z1+z2=(a+bi)+(c+di)=__________________.
(2) 复数减法:z1 z2=(a+bi) (c+di)=________________.
复数的加(减)法运算就是把复数的实部与实部,虚部与虚部分别相加(减),结果仍然是一个复数.
(a+c)+(b+d)i
(a c)+(b d)i
2.复数加法的运算律
复数的加法运算满足交换律、结合律.
(1) 加法交换律:z1+z2=_________.
(2) 加法结合律:(z1+z2)+z3=______________.
z2+z1
z1+(z2+z3)
3.复数加法与减法运算的几何意义
设z1=a+bi,z2=c+di对应向量=(a,b),=(c,d)(a,b,c,d∈R),其中不共线.
复数运算 加法 减法
运算法则 z1+z2=(a+c)+(b+d)i z1 z2=(a c)+(b d)i
几何意义 平行四边形法则 三角形法则
三、 概念辨析(判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”)
(1) 两虚数的和或差可能是实数. (  )
(2) 进行复数的加法运算时,实部与实部相加得实部,虚部与虚部相加得虚部. (  )
(3) 复数的减法运算不满足结合律,即(z1 z2) z3=z1 (z2+z3)可能不成立. (  )
(4) 复数的加法运算满足交换律,即z1+z2=z2+z1. (  )


×

典例精讲·能力初成
探究
1
复数的加、减法运算
   (课本P76例1)计算(5 6i)+( 2 i) (3+4i).
1
【解答】
    (5 6i)+( 2 i) (3+4i)=(5 2 3)+( 6 1 4)i= 11i.
复数代数形式的加、减法运算技巧
(1) 复数代数形式的加、减法运算的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.
(2) 算式中若出现字母,首先确定其是否为实数,再确定复数的实部与虚部,最后把实部与实部、虚部与虚部分别相加、减.
(3) 复数的运算可以类比多项式的运算:若有括号,括号优先;若无括号,可以从左到右依次进行计算.
变式 设z1=x+2i,z2=3 yi(x,y∈R),且z1+z2=5 6i,求z1 z2.
【解答】
    因为z1=x+2i,z2=3 yi,z1+z2=5 6i,所以(3+x)+(2 y)i=5 6i,所以所以所以z1 z2=(2+2i) (3 8i)=(2 3)+[2 ( 8)]i= 1+10i.
探究
2
复数加、减法的几何意义
   已知平行四边形ABCD中,对应的复数分别是3+2i与1+4i,两对角线AC与BD相交于点O.
(1) 求对应的复数;
2
【解答】
    因为四边形ABCD是平行四边形,所以=+,于是==(1,4) (3,2)=( 2,2),即对应的复数是 2+2i.
(2) 求对应的复数.
【解答】
    因为==(3,2) ( 2,2)=(5,0),所以对应的复数是5.
复数与向量的对应关系的两个关注点
(1) 复数z=a+bi(a,b∈R)与以原点为起点,Z(a,b)为终点的向量一一对应.
(2) 向量平移后其对应的复数不变,但是其起点与终点所对应的复数可能改变.
变式 如图,在复平面上,一个正方形的三个顶点对应的复数分别是1+2i, 2+i,0,那么这个正方形的第四个顶点对应的复数为 (  )
A.3+i     B.3 i
C.1 3i     D. 1+3i
【解析】
    因为=+,所以对应的复数为1+2i 2+i= 1+3i,所以点C对应的复数为 1+3i.
D
探究
3
复数加、减运算的几何意义的应用
   (课本P77例2)根据复数及其运算的几何意义,求复平面内的两点Z1(x1,y1),Z2(x2,y2)之间的距离.
3
【解答】
    因为复平面内的点Z1(x1,y1),Z2(x2,y2)对应的复数分别为z1=x1+y1i,z2=x2+y2i,所以点Z1,Z2之间的距离为|Z1Z2|=||=|z2 z1|=|(x2+y2i) (x1+y1i)|=|(x2 x1)+(y2 y1)i|=.
利用复数的几何意义判别图形时,常见的方法如下:
(1) |z z1|=r,复数z在复平面内对应的点的集合是以复数z1在复平面内对应的点为圆心,以r为半径的圆.
(2) |z z1|=|z z2|,意味着复数z在复平面内对应的点分别与复数z1和复数z2对应的点的距离相等,即复数z在复平面内对应的点的集合是以复数z1,z2在复平面内对应的点Z1,Z2为端点的线段的垂直平分线.
变式 (1) 设复数z满足|z 3 4i|=1,求|z|的最大值.
【解答】
    因为|z 3 4i|=1,所以复数z所对应的点在以C(3,4)为圆心,半径为1的圆上,由几何性质得|z|的最大值是+1=6.
【解答】
    因为|z|=1且z∈C,如图,所以|z 2 2i|的几何意义为单位圆上的点M到复平面上的点P(2,2)的距离,所以|z 2 2i|的最小值为|OP| 1=2 1.
(2) 已知|z|=1且z∈C,求|z 2 2i|的最小值.
随堂内化·及时评价
1.已知复数z对应的向量如图所示,则复数z+1所对应的向量表示正确的是 (  )
A
2.在平行四边形ABCD中,若A,C对应的复数分别为 1+i和 4 3i,则该平行四边形的对角线AC的长度为 (  )
A.  B.5
C.2  D.10
【解析】
    依题意知,对应的复数为( 4 3i) ( 1+i)= 3 4i,因此AC的长度为| 3 4i|=5.
B
3.已知z1,z2∈C,且z1=2+i,z2=3 4i,则z1 z2=___________.
【解析】
    z1 z2=2+i 3+4i= 1+5i.
1+5i
4.若复数z1=4 3i,z2=4+3i所对应的向量分别为,则△OZ1Z2的周长为______.
【解析】
    由题意可得=(4, 3),=(4,3),则==(0,6),所以||=5,||=5,||=6,故△OZ1Z2的周长为16.
16
5.(课本P81习题9)若z=x+yi(x,y∈R),则复平面内满足|z (2+i)|=3的点Z的集合是什么图形?
【解答】
    方法一:由复数模的几何意义可知,复平面内满足|z (2+i)|=3的点Z的集合是以(2,1)为圆心,以3为半径的圆.
方法二:因为z=x+yi,所以|z (2+i)|=|x+yi 2 i|=|(x 2)+(y 1)i|=3,所以=3,即(x 2)2+(y 1)2=32,故复平面内满足|z (2+i)|=3的点Z的集合是以(2,1)为圆心,以3为半径的圆.7.2 复数的四则运算
第1课时 复数的加、减运算及其几何意义
一、 单项选择题
1.已知复数z1=1+3i,z2=3+i,则z1+z2在复平面内对应的点在(  )
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,向量对应的复数为-1+3i,向量对应的复数为-2+i,则向量对应的复数为(  )
A.-3-4i B.-3+4i
C.1+2i D.-1-2i
3.在复平面上复数-1+i,0,3+2i所对应的点分别是A,B,C,则平行四边形ABCD的对角线BD的长为(  )
A.5 B.
C. D.
4.若复数3+4i与2-i分别表示向量与,则表示向量的复数为(  )
A.1+5i B.-1-5i
C.5+3i D.-5-3i
二、 多项选择题
5.已知z1,z2是复数,则以下结论错误的是(  )
A.若z1+z2=0,则z1=0且z2=0
B.若|z1|+|z2|=0,则z1=0且z2=0
C.若|z1|=|z2|,则向量和重合
D.若|z1-z2|=0,则=
6.下列说法正确的是(  )
A.若复数z满足|z-i|=,则复数z对应的点在以(1,0)为圆心,为半径的圆上
B.若复数z满足z+(3-4i)=1,则z的虚部是4
C.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
D.若复数z1=3-5i,z2=1-i,z3=-2+ai在复平面内对应的点在同一条直线上,则=-2-5i 
三、 填空题
7.设z1=3-4i,z2=-2+3i,则z1-z2在复平面内对应的点位于第________象限.
8.已知复平面上有A,B,C三点,若点A对应的复数为2+i,对应的复数为1+2i,对应的复数为3-i,则点C的坐标为________.
四、 解答题
9.已知复数z1=a2+(a-6)i,z2=2a-3+a2i,a∈R. 
(1) 若z1+z2是纯虚数,求a;
(2) 若z1+z2>0,求|z1|.
10.在 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 ABCD的面积.
11.若z=cos θ+isin θ(θ∈R,i是虚数单位),则|z-2-2i|的最小值是(  )
A.2 B.
C.2+1 D.2-1
12.(多选)已知复数z=2+i,z1=x+yi(x,y∈R)(i为虚数单位),为z的共轭复数,则下列结论正确的是(  )
A.的虚部为-i
B.z对应的点在第一象限
C.=1
D.若|z-z1|≤1,则在复平面内z1对应的点形成的图形的面积为π
13.欧拉公式eix=cos x+isin x(i为虚数单位)是由瑞士著名数学家欧拉发现的,他将指数函数的定义域扩大到复数集,建立了三角函数和指数函数的关系,它在复变函数理论中占有非常重要的地位,特别是当x=π时,eiπ+1=0被称为数学上的优美公式.根据欧拉公式,+表示复数z,则|z|=(  )
A.2+ B.
C.2 D.2-
14.已知z∈C,|z-2|=1,则|z+i|的取值范围为 ________.
第1课时 复数的加、减运算及其几何意义
基础打底·熟练掌握
1.A
2.D 【解析】 因为向量对应的复数为-1+3i,向量对应的复数为-2+i,所以=-=(-2+i)-(-1+3i)=-1-2i,所以向量对应的复数为-1-2i.
3.B
4.A 【解析】 因为对应的复数为3+4i,对应的复数为2-i,所以=-=(3+4i)-(2-i)=3+4i-2+i=1+5i,所以表示向量的复数为1+5i.
5.AC 【解析】 对于A,z1+z2=0只能说明z1=-z2,不一定有z1=0,z2=0,故A错误;对于B,|z1|+|z2|=0,说明|z1|=|z2|=0,即z1=z2=0,故B正确;对于C,|z1|=|z2|,说明||=||,但与方向不一定相同,故C错误;对于D,|z1-z2|=0,则z1=z2,故=,故D正确.
6.BCD 【解析】 对于A,满足|z-i|=的复数z对应的点在以(0,1)为圆心,为半径的圆上,故A错误;对于B,因为z+(3-4i)=1,所以z=-2+4i,所以z的虚部是4,故B正确;对于C,由复数的模的定义可知C正确;对于D,设复数z1,z2,z3分别对应点P1(3,-5),P2(1,-1),P3(-2,a),由已知得=,解得a=5,所以z3=-2+5i,=-2-5i,故D正确.
7.四
8.(4,-2) 【解析】 因为对应的复数是1+2i,对应的复数为3-i,又=-,所以对应的复数为(3-i)-(1+2i)=2-3i.又=+,所以点C对应的复数为(2+i)+(2-3i)=4-2i,所以点C的坐标为(4,-2).
9.【解答】 (1) 由题意得z1+z2=a2+2a-3+(a2+a-6)i,因为z1+z2是纯虚数,所以解得a=1.
(2) 因为z1+z2>0,所以解得a=2,故|z1|=|4-4i|=4.
10.【解答】 (1) 由于=+=+,所以=-,故对应的复数为(3+5i)-(-1+2i)=4+3i.
(2) 由于=-=-,所以对应的复数为(4+3i)-(-1+2i)=5+i.
(3) 由(1)(2)可知==(-1,2),==(4,3),所以cos∠DAB===.因此sin∠DAB==,于是 ABCD的面积S=||||sin∠DAB=×5×=11.
能力进阶·融会贯通
(第11题)
11.D 【解析】 由复数的几何意义可知,z=cos θ+isin θ表示的点在单位圆上.而|z-2-2i|表示该单位圆上的点到复数2+2i表示的点Z的距离,由图象可知|z-2-2i|的最小值应为点A到Z的距离,而|OZ|==2,圆的半径为1,故|z-2-2i|的最小值为2-1. 
12.BCD 【解析】 由z=2+i,可得=2-i,所以的虚部为-1,A错误;z对应的点(2,1)在第一象限,B正确;===1,C正确;由|z-z1|≤1,可得(x-2)2+(y-1)2≤1,则在复平面内z1对应的点的集合确定的图形是半径为1的圆及其内部,面积为π,D正确.
13.B 【解析】 根据欧拉公式有+=cos+isin+cos+isin=+i,所以z=+i, |z|==.
14.[-1,+1] 【解析】 因为1=|z-2|=|(z+i)-(2+i)|≥||z+i|-|2+i||=||z+i|-|,所以-1≤|z+i|≤+1,即|z+i|的取值范围为[-1,+1].7.2 复数的四则运算
第1课时 复数的加、减运算及其几何意义
学习 目标 1.掌握复数代数形式的加、减运算法则. 2.理解复数加、减运算的几何意义,能利用“数形结合”的思想解题.
新知初探基础落实
任意两个实数可以相加,实数中的加法运算满足交换律和结合律.复数集是从实数扩充而来的,复数Z和复平面内的向量一一对应,向量也有加、减法.
问题1:怎么定义复数的加法?
若z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d∈R),
则z1+z2=(a+c)+(b+d)i.
问题2:复数的加法满足交换律和结合律吗?
满足.
一、 概念生成
我们知道,复数与复平面内以原点为起点的向量一一对应.而我们讨论了向量加法的几何意义,你能由此出发讨论复数加法的几何意义吗?
设分别与复数a+bi,c+di对应,则=(a,b),=(c,d).由平面向量的坐标运算法则,得+=(a+c,b+d).
这说明两个向量与的和就是复数(a+c)+(b+d)i对应的向量.因此,复数的加法可以按照向量的加法来进行,这就是复数加法的几何意义.
问题3:类比复数的加法法则,你认为复数有减法吗?复数的减法法则如何呢?
根据实数中加法是减法的逆运算,尝试给出复数减法的运算法则.
我们规定,复数的减法是加法的逆运算,即把满足(c+di)+(x+yi)=a+bi的复数x+yi(x,y∈R)叫做复数a+bi(a,b∈R)减去复数c+di(c,d∈R)的差,记作(a+bi) (c+di).
根据复数相等的定义可知(a+bi) (c+di)=(a c)+(b d)i.
请同学阅读课本P75—P77,完成下列填空.
二、 概念表述
1.复数的加法与减法运算
已知复数z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d∈R),
(1) 复数加法:z1+z2=(a+bi)+(c+di)=__(a+c)+(b+d)i__.
(2) 复数减法:z1 z2=(a+bi) (c+di)=__(a c)+(b d)i__.
复数的加(减)法运算就是把复数的实部与实部,虚部与虚部分别相加(减),结果仍然是一个复数.
2.复数加法的运算律
复数的加法运算满足交换律、结合律.
(1) 加法交换律:z1+z2=__z2+z1__.
(2) 加法结合律:(z1+z2)+z3=__z1+(z2+z3)__.
3.复数加法与减法运算的几何意义
设z1=a+bi,z2=c+di对应向量=(a,b),=(c,d)(a,b,c,d∈R),其中与不共线.
复数运算 加法 减法
运算法则 z1+z2=(a+c)+(b+d)i z1 z2=(a c)+(b d)i
几何意义 平行四边形法则 三角形法则
三、 概念辨析(判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”)
(1) 两虚数的和或差可能是实数.( √ )
(2) 进行复数的加法运算时,实部与实部相加得实部,虚部与虚部相加得虚部.( √ )
(3) 复数的减法运算不满足结合律,即(z1 z2) z3=z1 (z2+z3)可能不成立.( × )
(4) 复数的加法运算满足交换律,即z1+z2=z2+z1.( √ )
典例精讲能力初成
探究1 复数的加、减法运算
例1 (课本P76例1)计算(5 6i)+( 2 i) (3+4i).
【解答】(5 6i)+( 2 i) (3+4i)=(5 2 3)+( 6 1 4)i= 11i.
复数代数形式的加、减法运算技巧
(1) 复数代数形式的加、减法运算的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.
(2) 算式中若出现字母,首先确定其是否为实数,再确定复数的实部与虚部,最后把实部与实部、虚部与虚部分别相加、减.
(3) 复数的运算可以类比多项式的运算:若有括号,括号优先;若无括号,可以从左到右依次进行计算.
变式 设z1=x+2i,z2=3 yi(x,y∈R),且z1+z2=5 6i,求z1 z2.
【解答】因为z1=x+2i,z2=3 yi,z1+z2=5 6i,所以(3+x)+(2 y)i=5 6i,所以所以所以z1 z2=(2+2i) (3 8i)=(2 3)+[2 ( 8)]i= 1+10i.
探究2 复数加、减法的几何意义
例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相交于点O.
(1) 求对应的复数;
【解答】因为四边形ABCD是平行四边形,所以=+,于是==(1,4) (3,2)=( 2,2),即对应的复数是 2+2i.
(2) 求对应的复数.
【解答】因为==(3,2) ( 2,2)=(5,0),所以对应的复数是5.
复数与向量的对应关系的两个关注点
(1) 复数z=a+bi(a,b∈R)与以原点为起点,Z(a,b)为终点的向量一一对应.
(2) 向量平移后其对应的复数不变,但是其起点与终点所对应的复数可能改变.
变式 如图,在复平面上,一个正方形的三个顶点对应的复数分别是1+2i, 2+i,0,那么这个正方形的第四个顶点对应的复数为( D )
A.3+i     B.3 i
C.1 3i     D. 1+3i
【解析】因为=+,所以对应的复数为1+2i 2+i= 1+3i,所以点C对应的复数为 1+3i.
探究3 复数加、减运算的几何意义的应用
例3 (课本P77例2)根据复数及其运算的几何意义,求复平面内的两点Z1(x1,y1),Z2(x2,y2)之间的距离.
【解答】因为复平面内的点Z1(x1,y1),Z2(x2,y2)对应的复数分别为z1=x1+y1i,z2=x2+y2i,所以点Z1,Z2之间的距离为|Z1Z2|=||=|z2 z1|=|(x2+y2i) (x1+y1i)|=|(x2 x1)+(y2 y1)i|=.
利用复数的几何意义判别图形时,常见的方法如下:
(1) |z z1|=r,复数z在复平面内对应的点的集合是以复数z1在复平面内对应的点为圆心,以r为半径的圆.
(2) |z z1|=|z z2|,意味着复数z在复平面内对应的点分别与复数z1和复数z2对应的点的距离相等,即复数z在复平面内对应的点的集合是以复数z1,z2在复平面内对应的点Z1,Z2为端点的线段的垂直平分线.
变式 (1) 设复数z满足|z 3 4i|=1,求|z|的最大值.
【解答】因为|z 3 4i|=1,所以复数z所对应的点在以C(3,4)为圆心,半径为1的圆上,由几何性质得|z|的最大值是+1=6.
(2) 已知|z|=1且z∈C,求|z 2 2i|的最小值.
【解答】因为|z|=1且z∈C,如图,所以|z 2 2i|的几何意义为单位圆上的点M到复平面上的点P(2,2)的距离,所以|z 2 2i|的最小值为|OP| 1=2 1.
随堂内化及时评价
1.已知复数z对应的向量如图所示,则复数z+1所对应的向量表示正确的是( A )
      
A       B       C       D
2.在平行四边形ABCD中,若A,C对应的复数分别为 1+i和 4 3i,则该平行四边形的对角线AC的长度为( B )
A.  B.5
C.2  D.10
【解析】依题意知,对应的复数为( 4 3i) ( 1+i)= 3 4i,因此AC的长度为| 3 4i|=5.
3.已知z1,z2∈C,且z1=2+i,z2=3 4i,则z1 z2=__ 1+5i__.
【解析】z1 z2=2+i 3+4i= 1+5i.
4.若复数z1=4 3i,z2=4+3i所对应的向量分别为与,则△OZ1Z2的周长为__16__.
【解析】由题意可得=(4, 3),=(4,3),则==(0,6),所以||=5,||=5,||=6,故△OZ1Z2的周长为16.
5.(课本P81习题9)若z=x+yi(x,y∈R),则复平面内满足|z (2+i)|=3的点Z的集合是什么图形?
【解答】方法一:由复数模的几何意义可知,复平面内满足|z (2+i)|=3的点Z的集合是以(2,1)为圆心,以3为半径的圆.
方法二:因为z=x+yi,所以|z (2+i)|=|x+yi 2 i|=|(x 2)+(y 1)i|=3,所以=3,即(x 2)2+(y 1)2=32,故复平面内满足|z (2+i)|=3的点Z的集合是以(2,1)为圆心,以3为半径的圆.

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