湘教版高中数学必修第二册第3章复数3.1复数的概念(课件+学案)

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湘教版高中数学必修第二册第3章复数3.1复数的概念(课件+学案)

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3.1 复数的概念
 
第3章 复数
1.通过方程的解认识复数,理解复数的基本概念以及复数相等的充要条件, 提升数学抽象、逻辑推理和数学运算核心素养.
2.了解复数的代数形式, 掌握实数、虚数、纯虚数之间的关系, 达到数学抽象核心素养学业质量水平要求.
学习目标
新知形成
知识点一 复数的有关概念
知识梳理
名称 定义 表示方法 备注
复数 形如a+bi(其中a,b∈R)的数称为复数,其中___称为复数a+bi的实部,___称为复数a+bi的虚部,i称为_________ 复数通常用字母z表示,代数形式z=a+bi(a,b∈R) 规定i2=-1
复数集 __________所组成的集合C={a+bi|a,b∈R}叫作复数集 通常用大写字母____表示 当b≠0时复数不能比较大小
a
b
虚数单位
全体复数
C
点拨 (1)复数集是最大的数集,任何一个数都可以写成a+bi(a,b∈R)的形式,其中0=0+0i;
(2)a+bi(a,b∈R)中,虚部是i的实数系数,不含i,不能说虚部为bi,也不能说虚部系数为b;
(3)复数z=a+bi只有在a,b∈R时才是复数的代数形式,否则不是.
知识点三 复数相等
设a,b,c,d都是实数,那么a+bi=c+di ____________.
点拨 在两个复数相等的条件下,注意前提条件是a,b,c,d∈R,即当a,b,c,d∈R时,a+bi=c+di a=c且b=d.若忽略前提条件,则结论不能成立.
a=c且b=d
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)若a,b为实数,则z=a+bi为虚数. (  )
(2)复数z1=3i,z2=2i,则z1>z2. (  )
(3)复数z=bi(b∈R)是纯虚数. (  )
(4)实数集与复数集的交集是实数集. (  )
自主检测
×
×
×

2.设i为虚数单位,m∈R,“复数m(m-1)+i是纯虚数”是“m=1”的
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分又不必要条件

复数m(m-1)+i是纯虚数,则m=0或m=1,所以“复数m(m-1)+i是纯虚数”不是“m=1”的充分条件;当m=1时,该复数为i,是纯虚数,“复数m(m-1)+i是纯虚数”是“m=1”的必要条件,所以“复数m(m-1)+i是纯虚数”是“m=1”的必要不充分条件.故选B.
3.若z1=-3-4i,z2=(n2-3m-1)+(n2-m-6)i(m,n∈R),且z1=z2,则m+n=
A.4或0 B.-4或0
C.2或0 D.-2或0

由z1=z2,得n2-3m-1=-3且n2-m-6=-4,解得m=2,n=±2,所以m+n=4或0,故选A.
4.若(x-2y)i=2x+1+3i,则实数x,y的值分别为___________.
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合作探究
探究点一 复数的概念
(多选)下列命题不正确的是
A.若a∈R,则(a+1)i是纯虚数
B.若a,b∈R且a>b,则a+i>b+i
C.若(x2-4)+(x2+3x+2)i是纯虚数,则实数x=±2
D.实数集是复数集的真子集
典例
1



对于复数a+bi(a,b∈R),当a=0且b≠0时,为纯虚数.对于A,若a=-1,则(a+1)i不是纯虚数,即A错误;两个虚数不能比较大小,则B错误;对于C,若x=-2,则x2-4=0,x2+3x+2=0,此时(x2-4)+(x2+3x+2)i=0不是纯虚数,则C错误;显然D正确.故选ABC.
与复数有关命题的判断方法
1.举反例:判断一个命题为假命题,只要举一个反例即可,所以解答这种类型的题时,可按照“先特殊,后一般,先否定,后肯定”的方法进行解答.
2.化代数形式:对于复数实部、虚部的确定,不但要把复数化为a+bi的形式,更要注意这里a,b均为实数时,才能确定复数的实部、虚部.
规律方法
对点练1.对于复数a+bi(a,b∈R),下列说法正确的是
A.若a=0,则a+bi为纯虚数
B.若a+(b-1)i=3-2i,则a=3,b=-2
C.若b=0,则a+bi为实数
D.i的平方等于1

对于A,当a=0时,a+bi也可能为实数;对于B,若a+(b-1)i=3-2i,则a=3,b=-1;对于C,若b=0,则a+bi=a∈R;对于D,i的平方为-1.故选C.
典例
2
1.复数a+bi(a,b∈R)是零的充要条件是a=0且b=0.
2.复数a+bi(a,b∈R)为实数的充要条件是b=0.
3.复数a+bi(a,b∈R)为虚数的充要条件是b≠0.
4.复数a+bi(a,b∈R)为纯虚数的充要条件是a=0且b≠0.
规律方法
(2)复数z是实数;
解:若复数z是实数,则m2+2m-3=0,
解得m=1或m=-3,
即当m=1或m=-3时,复数z是实数.
(3)复数z是虚数;
解:若复数z是虚数,则m2+2m-3≠0,
解得m≠1且m≠-3,即当m≠1且m≠-3时,复数z是虚数.
典例
3
复数相等的充要条件
  复数相等的充要条件是“化虚为实”的主要依据,多用来求解参数.解决复数相等问题的步骤是分别分离出两个复数的实部和虚部,利用实部与实部相等,虚部与虚部相等列方程(组)求解.
规律方法
对点练3.已知复数z1=a+2i,z2=3+(a2-7)i,a∈R,若z1=z2,则a=
A.2 B.3
C.-3 D.9

典例
4
对点练4.已知i为虚数单位,则1+i+i2+…+i2 024=
A.1 B.i
C.-1 D.-i

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随堂评价
1.(多选)下列说法中不正确的是
A.复数由实数、虚数、纯虚数构成
B.若复数z=x+yi(x,y∈R)是虚数,则必有x≠0
C.在复数z=x+yi(x,y∈R)中,若x≠0,则复数z一定不是纯虚数
D.若a,b∈R且a>b,则a-i>b-i



选项A错误,复数由实数与虚数构成,在虚数中又分为纯虚数和非纯虚数;选项B错误,若复数z=x+yi(x,y∈R)是虚数,则必有y≠0,但可以x=0;选项C正确,若复数z=x+yi(x,y∈R)是纯虚数,必有x=0,y≠0,因此只要x≠0,复数z一定不是纯虚数;选项D错误,当a,b∈R时,a-i与b-i都是虚数,不能比较大小.故选ABD.

3.已知a,b∈R,若a2-b+(a-b)i>2(i为虚数单位),则a的取值范围是______________________.
(-∞,-1)∪(2,+∞)
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课时分层

2.已知a∈R,在复平面内,复数z=(a2-2a)+(a2-a-2)i是纯虚数,则
A.a=0或a=2 B.a=0
C.a≠1且a≠2 D.a≠1或a≠2

因为复数z=(a2-2a)+(a2-a-2)i是纯虚数,所以a2-2a=0且a2-a-2≠0,所以a=0.
3.已知z1=(m2+m+2)+(m2+m-5)i,m∈R,z2=4-3i,则“m=1”是“z1=z2”的
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充要条件 D.既不充分又不必要条件


由题意得,集合M中的元素(m2-2m-3)+(m2-5m+6)i为实数,则m2-5m+6=0,解得m=2或m=3.当m=2时,M={-1,4,-3},此时所有元素之和为0,而集合N中的所有元素之积为1,不符合题意;当m=3时,M={-1,4,0},所有元素之和为3,符合题意.故选C.
5.若复数z=ai2-bi(a,b∈R)是纯虚数,则一定有
A.b=0 B.a=0且b≠0
C.a=0或b=0 D.ab≠0

z=ai2-bi=-a-bi,由纯虚数的定义可得,a=0且b≠0.
6.若复数z=(sin θ+cos θ+1)+(sin θ-cos θ)i是纯虚数,则sin2 022θ+
cos2 022θ=______.
1
2
3
9.(15分)实数m取怎样的值时,复数z=m-3+(m2-2m-15)i是:
(1)实数;
解:若z为实数,则m2-2m-15=0,此时m=-3或m=5.
(2)虚数;
解:若z为虚数,则m2-2m-15≠0,此时m≠-3且m≠5.
10.(15分)实数k为何值时,复数z=(1+i)k2-(3+5i)k-2(2+3i)分别是:(1)实数;
解:由z=(1+i)k2-(3+5i)k-2(2+3i)=(k2-3k-4)+(k2-5k-6)i.
当k2-5k-6=0时,z∈R,即k=6或k=-1.
(2)虚数;
解:由z=(1+i)k2-(3+5i)k-2(2+3i)=(k2-3k-4)+(k2-5k-6)i.
当k2-5k-6≠0时,z是虚数,即k≠6且k≠-1.
11.设复数z=a+bi(其中a,b∈R,i为虚数单位),则“a=0”是“z为纯虚数”的
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分又不必要条件

若复数z=a+bi是纯虚数,则a=0,b≠0,则a=0不能推出z为纯虚数,z为纯虚数可以推出a=0,故“a=0”是“z为纯虚数”的必要不充分条件.故选B.

返回3.1 复数的概念
学习目标 1.通过方程的解认识复数,理解复数的基本概念以及复数相等的充要条件, 提升数学抽象、逻辑推理和数学运算核心素养. 2.了解复数的代数形式, 掌握实数、虚数、纯虚数之间的关系, 达到数学抽象核心素养学业质量水平要求.
知识点一 复数的有关概念
名称 定义 表示方法 备注
复数 形如a+bi(其中a,b∈R)的数称为复数,其中a称为复数a+bi的实部,b称为复数a+bi的虚部,i称为虚数单位 复数通常用字母z表示,代数形式z=a+bi(a,b∈R) 规定i2=-1
复数集 全体复数所组成的集合C={a+bi|a,b∈R}叫作复数集 通常用大写字母C表示 当b≠0时复数不能比较大小
[点拨] (1)复数集是最大的数集,任何一个数都可以写成a+bi(a,b∈R)的形式,其中0=0+0i;
(2)a+bi(a,b∈R)中,虚部是i的实数系数,不含i,不能说虚部为bi,也不能说虚部系数为b;
(3)复数z=a+bi只有在a,b∈R时才是复数的代数形式,否则不是.
知识点二 复数的分类
复数z=a+bi(a,b∈R)
知识点三 复数相等
设a,b,c,d都是实数,那么a+bi=c+di a=c且b=d.
[点拨] 在两个复数相等的条件下,注意前提条件是a,b,c,d∈R,即当a,b,c,d∈R时,a+bi=c+di a=c且b=d.若忽略前提条件,则结论不能成立.
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)若a,b为实数,则z=a+bi为虚数.(  )
(2)复数z1=3i,z2=2i,则z1>z2.(  )
(3)复数z=bi(b∈R)是纯虚数.(  )
(4)实数集与复数集的交集是实数集.(  )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)√
2.设i为虚数单位,m∈R,“复数m(m-1)+i是纯虚数”是“m=1”的(  )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分又不必要条件
答案:B
解析:复数m(m-1)+i是纯虚数,则m=0或m=1,所以“复数m(m-1)+i是纯虚数”不是“m=1”的充分条件;当m=1时,该复数为i,是纯虚数,“复数m(m-1)+i是纯虚数”是“m=1”的必要条件,所以“复数m(m-1)+i是纯虚数”是“m=1”的必要不充分条件.故选B.
3.若z1=-3-4i,z2=(n2-3m-1)+(n2-m-6)i(m,n∈R),且z1=z2,则m+n=(  )
A.4或0 B.-4或0
C.2或0 D.-2或0
答案:A
解析:由z1=z2,得n2-3m-1=-3且n2-m-6=-4,解得m=2,n=±2,所以m+n=4或0,故选A.
4.若(x-2y)i=2x+1+3i,则实数x,y的值分别为    .
答案:- -
解析:由已知得
学生用书 第69页
探究点一 复数的概念
(多选)下列命题不正确的是(  )
A.若a∈R,则(a+1)i是纯虚数
B.若a,b∈R且a>b,则a+i>b+i
C.若(x2-4)+(x2+3x+2)i是纯虚数,则实数x=±2
D.实数集是复数集的真子集
答案:ABC
解析:对于复数a+bi(a,b∈R),当a=0且b≠0时,为纯虚数.对于A,若a=-1,则(a+1)i不是纯虚数,即A错误;两个虚数不能比较大小,则B错误;对于C,若x=-2,则x2-4=0,x2+3x+2=0,此时(x2-4)+(x2+3x+2)i=0不是纯虚数,则C错误;显然D正确.故选ABC.
与复数有关命题的判断方法
1.举反例:判断一个命题为假命题,只要举一个反例即可,所以解答这种类型的题时,可按照“先特殊,后一般,先否定,后肯定”的方法进行解答.
2.化代数形式:对于复数实部、虚部的确定,不但要把复数化为a+bi的形式,更要注意这里a,b均为实数时,才能确定复数的实部、虚部.
对点练1.对于复数a+bi(a,b∈R),下列说法正确的是(  )
A.若a=0,则a+bi为纯虚数
B.若a+(b-1)i=3-2i,则a=3,b=-2
C.若b=0,则a+bi为实数
D.i的平方等于1
答案:C
解析:对于A,当a=0时,a+bi也可能为实数;对于B,若a+(b-1)i=3-2i,则a=3,b=-1;对于C,若b=0,则a+bi=a∈R;对于D,i的平方为-1.故选C.
探究点二 复数的分类
复数z=+(m2-2m-15)i(m∈R).求m取何值时,
(1)z是实数;(2)z是虚数;(3)z是纯虚数?
解:(1)若z是实数,则

所以当m=5时,z是实数.
(2)若z是虚数,则

所以当m≠5且m≠-3时,z是虚数.
(3)若z是纯虚数,则

所以当m=3或m=-2时,z是纯虚数.
1.复数a+bi(a,b∈R)是零的充要条件是a=0且b=0.
2.复数a+bi(a,b∈R)为实数的充要条件是b=0.
3.复数a+bi(a,b∈R)为虚数的充要条件是b≠0.
4.复数a+bi(a,b∈R)为纯虚数的充要条件是a=0且b≠0.
对点练2.已知复数z=m(m-1)+(m2+2m-3)i,当实数m满足什么条件时,
(1)复数z是零;
(2)复数z是实数;
(3)复数z是虚数;
(4)复数z是纯虚数?
解:(1)若复数z是零,则解得m=1,即当m=1时,复数z是零.
(2)若复数z是实数,则m2+2m-3=0,
解得m=1或m=-3,
即当m=1或m=-3时,复数z是实数.
(3)若复数z是虚数,则m2+2m-3≠0,
解得m≠1且m≠-3,即当m≠1且m≠-3时,复数z是虚数.
(4)若复数z是纯虚数,则解得m=0,
即当m=0时,复数z是纯虚数.
学生用书 第70页
探究点三 复数相等
(1)已知(m2+7m+10)+(m2-5m-14)i=0,求实数m的值;
(2)已知x+y-xyi=24i-5,其中x,y∈R,求x,y的值.
解:(1)由已知得
解得m=-2.
(2)因为x,y∈R,所以x+y∈R,xy∈R,
依题意,得
解得
复数相等的充要条件
  复数相等的充要条件是“化虚为实”的主要依据,多用来求解参数.解决复数相等问题的步骤是分别分离出两个复数的实部和虚部,利用实部与实部相等,虚部与虚部相等列方程(组)求解.
对点练3.已知复数z1=a+2i,z2=3+(a2-7)i,a∈R,若z1=z2,则a=(  )
A.2 B.3
C.-3 D.9
答案:B
解析:因为z1=a+2i,z2=3+(a2-7)i,且z1=z2,所以有解得a=3.
探究点四 虚数单位
已知i为虚数单位,求1+i+i2+i3.
解:运用虚数单位i的性质计算,i2=-1是解题关键.
1+i+i2+i3=1+i++i·i2=1+i+-i=0.
对点练4.已知i为虚数单位,则1+i+i2+…+i2 024=(  )
A.1 B.i
C.-1 D.-i
答案:A
解析:1+i+i2+…+i2 024=++…+(+i2 022+i2 023)+i2 024=(1+i-1-i)++…+(1+i-i)+1=1.
1.(多选)下列说法中不正确的是(  )
A.复数由实数、虚数、纯虚数构成
B.若复数z=x+yi(x,y∈R)是虚数,则必有x≠0
C.在复数z=x+yi(x,y∈R)中,若x≠0,则复数z一定不是纯虚数
D.若a,b∈R且a>b,则a-i>b-i
答案:ABD
解析:选项A错误,复数由实数与虚数构成,在虚数中又分为纯虚数和非纯虚数;选项B错误,若复数z=x+yi(x,y∈R)是虚数,则必有y≠0,但可以x=0;选项C正确,若复数z=x+yi(x,y∈R)是纯虚数,必有x=0,y≠0,因此只要x≠0,复数z一定不是纯虚数;选项D错误,当a,b∈R时,a-i与b-i都是虚数,不能比较大小.故选ABD.
2.若复数z=+i是纯虚数(i为虚数单位),则tan(θ-)的值为(  )
A.7 B.-
C.-7 D.-7或-
答案:C
解析:因为复数z=(cos θ-)+(sin θ-)i为纯虚数,
则,
所以sin θ=-,
所以tan θ==-,
所以tan(θ-)===-7.故选C.
3.已知a,b∈R,若a2-b+(a-b)i>2(i为虚数单位),则a的取值范围是    .
答案:(-∞,-1)∪(2,+∞)
解析:因为a,b∈R,a2-b+(a-b)i>2(i为虚数单位),
所以,故可得a2-a-2>0,
分解因式可得(a+1)(a-2)>0,
解得a>2或a<-1.
4.已知复数z=(m2-3m+2)+(2m2-3m-2)i.当实数m取什么值时,复数z是:(1)实数;(2)虚数;(3)纯虚数?
解:(1)若复数z为实数,则2m2-3m-2=0,
解得m=-或2,此时复数z是实数.
(2)若复数z是虚数,则2m2-3m-2≠0,
解得m≠-且m≠2,此时复数z是虚数.
(3)若复数z是纯虚数,则
解得m=1,此时复数z是纯虚数.
课时分层评价18 复数的概念
(时间:40分钟 满分:80分)
(本栏目内容,在学生用书中以独立形式分册装订!)
(1—8每小题5分,共40分)
1.下列命题:
①若z=a+bi,则仅当a=0且b≠0时,z为纯虚数;
②若+=0,则z1=z2=0;
③若实数a与ai对应,则实数集与纯虚数集可建立一一对应关系.
其中正确命题的个数是(  )
A.0 B.1
C.2 D.3
答案:A
解析:在①中未对z=a+bi中a,b的取值是否为实数加以限制,故①错误;在②中将虚数的平方与实数的平方等同,如若z1=1,z2=i,则+=1-1=0,但z1≠z2≠0,故②错误;在③中忽视a=0时,0·i=0,故③也是错误的.
2.已知a∈R,在复平面内,复数z=(a2-2a)+(a2-a-2)i是纯虚数,则(  )
A.a=0或a=2 B.a=0
C.a≠1且a≠2 D.a≠1或a≠2
答案:B
解析:因为复数z=(a2-2a)+(a2-a-2)i是纯虚数,所以a2-2a=0且a2-a-2≠0,所以a=0.
3.已知z1=(m2+m+2)+(m2+m-5)i,m∈R,z2=4-3i,则“m=1”是“z1=z2”的(  )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充要条件 D.既不充分又不必要条件
答案:A
解析:由z1=z2,得
解得m=1或m=-2,
所以“m=1”是“z1=z2”的充分不必要条件.
故选A.
4.已知集合M={-1,4,(m2-2m-3)+(m2-5m+6)i},N=,若集合M中的所有元素之和大于集合N中的所有元素之积,则实数m=(  )
A.2 B.2或3
C.3 D.2或-3
答案:C
解析:由题意得,集合M中的元素(m2-2m-3)+(m2-5m+6)i为实数,则m2-5m+6=0,解得m=2或m=3.当m=2时,M={-1,4,-3},此时所有元素之和为0,而集合N中的所有元素之积为1,不符合题意;当m=3时,M={-1,4,0},所有元素之和为3,符合题意.故选C.
5.若复数z=ai2-bi(a,b∈R)是纯虚数,则一定有(  )
A.b=0 B.a=0且b≠0
C.a=0或b=0 D.ab≠0
答案:B
解析:z=ai2-bi=-a-bi,由纯虚数的定义可得,a=0且b≠0.
6.若复数z=(sin θ+cos θ+1)+(sin θ-cos θ)i是纯虚数,则sin2 022θ+cos2 022θ=    .
答案:1
解析:由题意,复数z=(sin θ+cos θ+1)+(sin θ-cos θ)i是纯虚数,
所以,结合sin2θ+cos2θ=1,
解得,
故sin2 022θ+cos2 022θ=1.
7.若不等式m2-(m2-2m)i<9+i成立.则实数m的值为    .
答案:2
解析:依题意可得

8.已知=(x2-2x-3)i(x∈R),则x=       .
答案:3
解析:因为x∈R,所以∈R,由复数相等的条件得解得x=3.
9.(15分)实数m取怎样的值时,复数z=m-3+(m2-2m-15)i是:
(1)实数;
(2)虚数;
(3)纯虚数?
解:(1)若z为实数,则m2-2m-15=0,此时m=-3或m=5.
(2)若z为虚数,则m2-2m-15≠0,此时m≠-3且m≠5.
(3)若z为纯虚数,则 此时m=3.
10.(15分)实数k为何值时,复数z=(1+i)k2-(3+5i)k-2(2+3i)分别是:(1)实数;(2)虚数;(3)纯虚数;(4)零?
解:由z=(1+i)k2-(3+5i)k-2(2+3i)=(k2-3k-4)+(k2-5k-6)i.
(1)当k2-5k-6=0时,z∈R,即k=6或k=-1.
(2)当k2-5k-6≠0时,z是虚数,即k≠6且k≠-1.
(3)当时,z是纯虚数,解得k=4.
(4)当时,z=0,解得k=-1.
(11、12每小题5分,共10分)
11.设复数z=a+bi(其中a,b∈R,i为虚数单位),则“a=0”是“z为纯虚数”的(  )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分又不必要条件
答案:B
解析:若复数z=a+bi是纯虚数,则a=0,b≠0,则a=0不能推出z为纯虚数,z为纯虚数可以推出a=0,故“a=0”是“z为纯虚数”的必要不充分条件.故选B.
12.复数z1,z2满足z1=m+(4-m2)i,z2=2cos θ+(λ+4sin θ)i(m,λ,θ∈R),并且z1=z2,则λ的取值范围是(  )
A.[-1,8] B.
C. D.
答案:A
解析:由复数相等的充要条件可得
化简得4-4cos2θ=λ+4sin θ,
由此可得λ=-4cos2θ-4sin θ+4
=-4(1-sin2θ)-4sin θ+4
=4sin2θ-4sin θ=4(sin θ-)2-1,
因为sin θ∈[-1,1],
所以4sin2θ-4sin θ∈[-1,8].
故选A.

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