湘教版高中数学必修第二册第3章复数3.3 复数的几何表示(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3.3 复数的几何表示(课件+学案)

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3.3 复数的几何表示
学习目标 1.通过实例了解复数与复平面内的点的一一对应关系,理解复数与平面向量一一对应关系,并能用复数的概念和几何表示解决相关问题, 发展学生的逻辑推理、数学抽象和直观想象素养. 2.掌握复数模的计算公式, 理解共轭复数的概念, 发展学生的数学运算素养.
知识点一 复数的几何意义
1.复平面:复数z=a+bi(a,b∈R)可以用直角坐标平面内唯一一点Z(a,b)来表示,也可用平面内唯一向量表示.如图:
2.复数的几何意义
[点拨] (1)复平面内点的坐标与复数的实部和虚部的对应:点Z的横坐标是a,纵坐标是b,复数z=a+bi(a,b∈R)可用点Z(a,b)表示;
(2)实轴与复数的对应:实轴上的点都表示实数;
(3)虚轴与复数的对应:除了原点外,虚轴上的点都表示纯虚数.
知识点二 复数的模与共轭复数
名称 定义 表示(记法) 备注
复数 的模 对任意复数z=a+bi(a,b∈R),我们将它在复平面上所对应的向量的模 称为复数z的模,也称为z的绝对值 复数z=a+bi的模记为|z|或|a+bi| 公式:|z|=|a+bi|=(a,b∈R)
共轭 复数 对任意复数z=a+bi(a,b∈R),如果保持它的实部a不变,将虚部b变成它的相反数-b,得到的复数a-bi称为原复数z的共轭复数 若z=a+bi(a,b∈R),则共轭复数=a-bi ①|z|=||= ②z=a2+b2=|z|2=||2
[点拨] (1)|z|=1表示复平面上的单位圆.
(2)复平面上两点P,Q关于x轴对称 它们所对应的复数相互共轭.
知识点三 复数加减法的几何意义
如图所示,设复数z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d∈R)对应的向量分别为,,四边形OQSP为平行四边形,则与z1+z2对应的向量是,与z1-z2对应的向量是.
[点拨] 满足向量加、减法的平行四边形法则和三角形法则.
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)原点是实轴和虚轴的交点.(  )
(2)实轴和虚轴的单位都是1.(  )
学生用书 第75页
(3)实轴上的点表示实数,虚轴上的点表示纯虚数.(  )
(4)复数与复平面内的无数多个向量对应.(  )
答案:(1)√ (2)× (3)× (4)√
2.已知复数z的实部为-1,虚部为2,则|z|=(  )
A.2 B.5
C. D.4
答案:C
解析:由题意可知z=-1+2i,所以|z|=.
3.若复数a+1+(1-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,+∞)
答案:B
解析:因为z=a+1+(1-a)i,所以它在复平面内对应的点为(a+1,1-a),又因为此点在第二象限,所以解得a<-1.故选B.
4.复数的共轭复数是     .
答案:+i
解析:因为复数==-i,所以它的共轭复数为+i.
探究点一 复数与复平面内点的关系
在复平面内,若复数z=(m2-2m-8)+(m2+3m-10)i对应的点:
(1)在虚轴上;
(2)在第二、四象限;
(3)在直线y=x上.
分别求实数m的取值范围.
解:复数z=(m2-2m-8)+(m2+3m-10)i的实部为m2-2m-8,虚部为m2+3m-10.
(1)由题意得,m2-2m-8=0.
解得m=-2或4.
(2)由题意得,(m2-2m-8)(m2+3m-10)<0.
所以2<m<4或-5<m<-2,即m∈(-5,-2)∪(2,4).
(3)由题意得,m2-2m-8=m2+3m-10,故m=.
利用复数与复平面内点的对应关系解题的步骤
1.找对应关系:复数的几何表示法即复数z=a+bi(a,b∈R)可以用复平面内的点Z(a,b)来表示,是解决此类问题的根据;
2.列出方程:此类问题可寻求复数的实部与虚部应满足的条件,通过解方程(组)或不等式(组)求解.
对点练1.在复平面内,复数z=(m2-5m+4)+(m2-2m)i对应的点在第四象限,则实数m的取值范围是(  )
A.(1,2) B.(0,1)
C.(-∞,2)∪(4,+∞) D.(2,4)
答案:B
解析:由题意,得
解得0<m<1,故选B.
探究点二 复数与复平面内的向量
(1)已知复平面中,O是原点,向量,对应的复数分别为2-3i,-3+2i,那么向量对应的复数是(  )
A.-5+5i B.5-5i
C.5+5i D.-5-5i
(2)在复平面内,O为原点,向量表示的复数为-1+2i,若点A关于直线y=-x的对称点为B,则向量表示的复数为(  )
A.-2-i B.-2+i
C.1+2i D.-1+2i
答案:(1)B (2)B
解析:(1)向量,对应的复数分别记作z1=2-3i,z2=-3+2i,根据复数与复平面内的点一一对应,可得向量=(2,-3),=(-3,2).
由向量减法的坐标运算可得向量=-=(2+3,-3-2)=(5,-5).
根据复数与复平面内的点一一对应,可得向量对应的复数是5-5i.
(2)由题意得A(-1,2),则B(-2,1),所以向量表示的复数为-2+i.
复数与平面向量的对应关系
1.根据复数与平面向量的对应关系,可知当平面向量的起点在原点时,向量的终点对应的复数即为向量对应的复数.反之,复数对应的点确定后,从原点引出的指向该点的有向线段,即为复数对应的向量.
2.解决复数与平面向量一一对应的问题时,一般以复数与复平面内的点一一对应为依据,实现复数、复平面内的点、向量之间的转化.
对点练2.已知复数z1=-1+2i,z2=1-i,z3=3-2i,它们在复平面上所对应的点分别是A,B,C,若=x+y(x,y∈R),则x+y的值是    .
答案:5
解析:由复数的几何意义,知3-2i=x(-1+2i)+y(1-i),所以3-2i=y-x+(2x-y)i.根据复数相等的充要条件,得所以x+y=5.
学生用书 第76页
探究点三 复数的模
已知复数z1=+i,z2=-+i.
(1)求|z1|及|z2|并比较大小;
(2)设z∈C,满足条件|z|=|z1|的复数z对应的点Z的轨迹是什么图形?
解:(1)|z1|=|+i|= =2,
|z2|==1,
所以|z1|>|z2|.
(2)方法一:设z=x+yi(x,y∈R),
则点Z的坐标为(x,y),
由|z|=|z1|=2,得 =2,
即x2+y2=4.
所以点Z的轨迹是以原点为圆心,2为半径的圆.
方法二:由|z|=|z1|=2,知||=2(O为坐标原点),所以Z到原点的距离为2.
所以Z的轨迹是以原点为圆心,2为半径的圆.
求解复数的模的思路
  关于复数的模的求解问题,应先把复数表示成标准的代数形式,再根据复数的模的定义求解.
对点练3.若复数z对应的点在直线y=2x上,且|z|=,则复数z=(  )
A.1+2i B.-1-2i
C.±1±2i D.1+2i或-1-2i
答案:D
解析:依题意可设复数z=a+2ai(a∈R),由|z|==,解得a=±1,故z=1+2i或z=-1-2i.
对点练4.如果复数z=1+ai满足条件|z|<2,那么实数a的取值范围是(  )
A.(-2,2) B.(-2,2)
C.(-1,1) D.(-,)
答案:D
解析:因为|z|<2,所以<2,则1+a2<4,a2<3,解得-<a<.
探究点四 共轭复数
已知复数x2+x-2+(x2-3x+2)i(x∈R)是4-20i的共轭复数,求x的值.
解:由题意得,4-20i的共轭复数为4+20i,则解得x=-3,故x的值为-3.
  关于共轭复数及其应用型问题,通常抓住共轭复数的代数特征,建立方程进行求解.
对点练5.若复数z满足3z+=1+i,则|z|=       .
答案:
解析:设z=a+bi(a,b∈R),则=a-bi,
则由3z+=1+i得3(a+bi)+a-bi=1+i,
即4a+2bi=1+i,
则,得,
则|z|====.
对点练6.已知复数的共轭复数是b+i(其中a,b均为实数,i为虚数单位),则|a+bi|等于       .
答案:
解析:因为复数=-ai+1的共轭复数是1+ai=b+i,
所以b=1,a=1,
所以|a+bi|=|1+i|=.
探究点五 复数加减法的几何意义
如图所示,在平行四边形OABC中,顶点O,A,C分别表示0,3+2i,-2+4i.求:
(1)所表示的复数,所表示的复数;
(2)对角线所表示的复数;
(3)对角线所表示的复数及的长度.
解:(1)因为0-(3+2i)=-3-2i,
所以所表示的复数为-3-2i.
因为=,
所以所表示的复数为-3-2i.
(2)因为=-,
所以所表示的复数为(3+2i)-(-2+4i)=5-2i.
(3)因为对角线=+=+,
所以所表示的复数为(3+2i)+(-2+4i)=1+6i,故||==.
运用复数加、减运算的几何意义应注意的问题
  向量加法、减法运算的平行四边形法则和三角形法则是复数加法、减法几何意义的依据.利用加法“首尾相接”和减法“指向被减数”的特点,在三角形内可求得第三个向量及其对应的复数.注意向量对应的复数是zB-zA(终点对应的复数减去起点对应的复数).
对点练7.在平行四边形ABCD中,对角线AC与BD相交于点O.若向量,对应的复数分别是3+i,-1+3i,则对应的复数是(  )
A.2+4i B.-2+4i
C.-4+2i D.4-2i
答案:D
解析:在平行四边形ABCD中,==-=(3,1)-(-1,3)=(4,-2),所以对应的复数是4-2i.故选D.
学生用书 第77页
1.在复平面内,复数z=i+2i2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:B
解析:因为z=i+2i2=-2+i,实部小于0,虚部大于0,故复数z对应的点位于第二象限.
2.已知i为虚数单位,在复平面内,O为原点,向量对应的复数为1+4i,向量对应的复数为-3+6i,则向量+对应的复数为(  )
A.-3+2i B.-2+10i
C.4-2i D.-1+2i
答案:B
解析:因为向量对应的复数为1+4i,向量对应的复数为-3+6i,所以=(1,4),=(-3,6),所以+=(1,4)+(-3,6)=(-2,10),故向量+对应的复数为-2+10i.
3.若复数z1,z2满足z1=,则z1,z2在复平面内对应的点Z1,Z2(  )
A.关于x轴对称 B.关于y轴对称
C.关于原点对称 D.关于直线y=x对称
答案:A
解析:设z1=a+bi,z2=c+di,其中a,b,c,d∈R,则Z1(a,b),Z2(c,d).由于z1=得,a+bi=c-di,则a=c,b=-d,所以z1,z2在复平面内对应的点Z1,Z2关于x轴对称.
4.实数m取什么值时,复数z=(m2+5m+6)+(m2-2m-15)i.
(1)对应的点在x轴上方;
(2)对应的点在直线x+y+4=0上?
解:(1)若复数z对应的点在x轴上方,则虚部m2-2m-15>0,得m<-3或m>5,所以当m<-3或m>5时,复数z对应的点在x轴上方.
(2)若复数z对应的点在直线x+y+4=0上,则(m2+5m+6)+(m2-2m-15)+4=0,即2m2+3m-5=0,得m=1或-,所以当m=1或-时,复数z对应的点在直线x+y+4=0上.
课时分层评价20 复数的几何表示
(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.若|4+2i|+x+(3-2x)i=3+(y+5)i(i为虚数单位),其中x,y是实数,则|x+yi|=(  )
A.5 B.
C.2 D.2
答案:A
解析:由已知得, +x+(3-2x)i=3+(y+5)i,
所以所以|x+yi|=|-3+4i|==5,故选A.
2.在复平面内,若复数z=(m2-4m)+(m2-m-6)i所对应的点在第二象限,则实数m的取值范围是(  )
A.(0,3) B.(-∞,-2)
C.(-2,0) D.(3,4)
答案:D
解析:因为在复平面内,复数z=(m2-4m)+(m2-m-6)i所对应的点在第二象限,
所以解得3<m<4,所以实数m的取值范围是(3,4),故选D.
3.设复数z满足|z-i|=2,z在复平面内对应的点为(x,y),则(  )
A.(x+1)2+y2=4 B.x2+(y+1)2=2
C.(x-1)2+y2=4 D.x2+(y-1)2=4
答案:D
解析:z在复平面内对应的点为(x,y),则复数z=x+yi(x,y∈R),则|z-i|=|x+(y-1)i|=2,由复数的模长公式可得x2+(y-1)2=4,故选D.
4.已知复数z满足z(3+i)=3+i2 022,其中i为虚数单位,则z的共轭复数的虚部为(  )
A.-i B.-
C. D.
答案:D
解析:因为z(3+i)=3+i2 022,
i2 022=(i2)1 011=(-1)1 011=-1,
所以z(3+i)=2,所以z===-i,
所以=+i,
所以z的共轭复数,故选D.
5.(多选)已知复数z=1+i(其中i为虚数单位),则以下说法正确的是(  )
A.复数z的虚部为i
B.|z|=
C.复数z的共轭复数=1-i
D.复数z在复平面内对应的点在第一象限
答案:BCD
解析:因为复数z=1+i,所以其虚部为1,故A错误;|z|==,故B正确;复数z的共轭复数=1-i,故C正确;复数z在复平面内对应的点为(1,1),显然位于第一象限,故D正确.故选BCD.
6.设复数z满足|z|=1,且使得关于x的方程zx2+2x+3=0有实根,则这样的复数z的和为       .
答案:-
解析:设z=a+bi(a,b∈R且a2+b2=1),
则原方程zx2+2x+3=0变为(ax2+2ax+3)+(bx2-2bx)i=0,
所以ax2+2ax+3=0,①且bx2-2bx=0,②;
(1)若b=0,则a2=1,解得a=±1,当a=1时①无实数解,舍去;
从而a=-1,x2+2x-3=0,此时x=1或-3,故z=-1满足条件;
(2)若b≠0,由②知,x=0或x=2,显然x=0不满足,故x=2,代入①得a=-,b=±,所以z=-±i,
综上,满足条件的所有复数的和为
-1+(-+i)+(--i)=-.
7.设复数z=x+yi(x,y∈R),则满足<|z|≤4的复数z在复平面内对应的点Z(x,y)构成的平面图形的面积为    .
答案:13π
解析:在复平面内,<|z|≤4的几何意义为复数z对应的动点Z到坐标原点的距离大于,且不大于4,因此动点Z(x,y)构成的图形是由圆心为坐标原点,半径分别为和4的两个同心圆构成的圆环(不包含半径为的圆的边界),故其面积为π×42-π×()2=13π.
8.在复平面内,O为坐标原点,向量对应的复数为3-4i(i为虚数单位),若点B关于原点的对称点为A,点A关于虚轴的对称点为C,则向量对应的复数为    .
答案:3+4i
解析:由题知,点B的坐标为(3,-4),所以点A的坐标为(-3,4),所以点C的坐标为(3,4),所以向量对应的复数为3+4i.
9.(15分)实数m取什么值时,复平面内表示复数z=(m2-8m+15)+(m2-5m-14)i的点?
(1)位于第四象限;
(2)位于第一、三象限.
解:(1)由
解得-2<m<3或5<m<7.
即m∈(-2,3)∪(5,7).
(2)由(m2-8m+15)(m2-5m-14)>0,
可得(m-3)(m-5)(m+2)(m-7)>0,
所以m<-2或3<m<5或m>7.
即实数m的取值范围是(-∞,-2)∪(3,5)∪(7,+∞).
10.(15分)已知复数z=()2 024+(1-i)2(其中i为虚数单位),若复数z的共轭复数为,且·z1=4+3i.
(1)求复数z1;
(2)若z1是关于x的方程x2-px+q=0的一个根,求实数p,q的值,并求出方程x2-px+q=0的另一个复数根.
解:(1)因为z=()2 024+(1-i)2=i2 024-2i=1-2i,所以=1+2i,所以z1==2-i.
(2)由题意知(2-i)2-p(2-i)+q=0,化简得(3-2p+q)+(p-4)i=0,所以3-2p+q=0且p-4=0,解得p=4,q=5,所以方程为x2-4x+5=0,即(x-2)2=-1=i2,解得另一个复数根为x=2+i.
(11、12每小题5分,共10分)
11.复数z1,z2分别对应复平面内的点M1,M2,且|z1+z2|=|z1-z2|,线段M1M2的中点M对应的复数为4+3i,则|z1|2+|z2|2等于(  )
A.10 B.25
C.100 D.200
答案:C
解析:根据复数加、减法的几何意义,由|z1+z2|=|z1-z2|知,以OM1,OM2为邻边的平行四边形是矩形(对角线相等),即∠M1OM2为直角,M是斜边M1M2的中点,因为||==5.所以||=10.所以|z1|2+|z2|2=||2+||2=||2=100.
12.定义复数的一种运算z1*z2= (等式右边为普通运算),若复数z=a+bi,为z的共轭复数,且正实数a,b满足a+b=3,则z*的最小值为(  )
A. B. C. D.
答案:B
解析:由题意可得z*===,
因为正实数a,b满足a+b=3,所以b=3-a,
所以==,
由二次函数的性质可知当a=-=时,上式取得最小值.故选B.(共54张PPT)
3.3 复数的几何表示
 
第3章 复数
学习目标
1.通过实例了解复数与复平面内的点的一一对应关系,理解复数与平面向量一一对应关系,并能用复数的概念和几何表示解决相关问题, 发展学生的逻辑推理、数学抽象和直观想象素养.
2.掌握复数模的计算公式, 理解共轭复数的概念, 发展学生的数学运算素养.
新知形成
知识梳理
Z(a,b)
2.复数的几何意义
点拨 (1)复平面内点的坐标与复数的实部和虚部的对应:点Z的横坐标是a,纵坐标是b,复数z=a+bi(a,b∈R)可用点Z(a,b)表示;
(2)实轴与复数的对应:实轴上的点都表示实数;
(3)虚轴与复数的对应:除了原点外,虚轴上的点都表示纯虚数.
知识点二 复数的模与共轭复数
名称 定义 表示(记法) 备注
复数
的模 复数z=a+bi的模记为________________
共轭
复数 对任意复数z=a+bi(a,b∈R),如果保持它的实部a不变,将虚部b变成它的相反数-b,得到的复数a-bi称为原复数z的共轭复数

|z|或|a+bi|
点拨 (1)|z|=1表示复平面上的单位圆.
(2)复平面上两点P,Q关于x轴对称 它们所对应的复数相互共轭.
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)原点是实轴和虚轴的交点. (  )
(2)实轴和虚轴的单位都是1. (  )
(3)实轴上的点表示实数,虚轴上的点表示纯虚数. (  )
(4)复数与复平面内的无数多个向量对应. (  )
自主检测

×
×


3.若复数a+1+(1-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,+∞)

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合作探究
探究点一 复数与复平面内点的关系
在复平面内,若复数z=(m2-2m-8)+(m2+3m-10)i对应的点:
(1)在虚轴上;
解:复数z=(m2-2m-8)+(m2+3m-10)i的实部为m2-2m-8,虚部为m2+3m-10.
由题意得,m2-2m-8=0.
解得m=-2或4.
典例
1
(2)在第二、四象限;
解:复数z=(m2-2m-8)+(m2+3m-10)i的实部为m2-2m-8,虚部为m2+3m-10.
由题意得,(m2-2m-8)(m2+3m-10)<0.
所以2<m<4或-5<m<-2,即m∈(-5,-2)∪(2,4).
利用复数与复平面内点的对应关系解题的步骤
1.找对应关系:复数的几何表示法即复数z=a+bi(a,b∈R)可以用复平面内的点Z(a,b)来表示,是解决此类问题的根据;
2.列出方程:此类问题可寻求复数的实部与虚部应满足的条件,通过解方程(组)或不等式(组)求解.
规律方法
对点练1.在复平面内,复数z=(m2-5m+4)+(m2-2m)i对应的点在第四象限,则实数m的取值范围是
A.(1,2) B.(0,1)
C.(-∞,2)∪(4,+∞) D.(2,4)

典例
2


复数与平面向量的对应关系
1.根据复数与平面向量的对应关系,可知当平面向量的起点在原点时,向量的终点对应的复数即为向量对应的复数.反之,复数对应的点确定后,从原点引出的指向该点的有向线段,即为复数对应的向量.
2.解决复数与平面向量一一对应的问题时,一般以复数与复平面内的点一一对应为依据,实现复数、复平面内的点、向量之间的转化.
规律方法
5
典例
3
求解复数的模的思路
  关于复数的模的求解问题,应先把复数表示成标准的代数形式,再根据复数的模的定义求解.
规律方法


典例
4
  关于共轭复数及其应用型问题,通常抓住共轭复数的代数特征,建立方程进行求解.
规律方法
典例
5
规律方法

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随堂评价
1.在复平面内,复数z=i+2i2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

因为z=i+2i2=-2+i,实部小于0,虚部大于0,故复数z对应的点位于第二象限.


4.实数m取什么值时,复数z=(m2+5m+6)+(m2-2m-15)i.
(1)对应的点在x轴上方;
解:若复数z对应的点在x轴上方,则虚部m2-2m-15>0,得m<-3或m>5,所以当m<-3或m>5时,复数z对应的点在x轴上方.
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课时分层

2.在复平面内,若复数z=(m2-4m)+(m2-m-6)i所对应的点在第二象限,则实数m的取值范围是
A.(0,3) B.(-∞,-2)
C.(-2,0) D.(3,4)

3.设复数z满足|z-i|=2,z在复平面内对应的点为(x,y),则
A.(x+1)2+y2=4 B.x2+(y+1)2=2
C.(x-1)2+y2=4 D.x2+(y-1)2=4

z在复平面内对应的点为(x,y),则复数z=x+yi(x,y∈R),则|z-i|=|x+(y-1)i|=2,由复数的模长公式可得x2+(y-1)2=4,故选D.




13π
3+4i
(2)位于第一、三象限.
解:由(m2-8m+15)(m2-5m-14)>0,
可得(m-3)(m-5)(m+2)(m-7)>0,
所以m<-2或3<m<5或m>7.
即实数m的取值范围是(-∞,-2)∪(3,5)∪(7,+∞).
(2)若z1是关于x的方程x2-px+q=0的一个根,求实数p,q的值,并求出方程x2-px+q=0的另一个复数根.
解:由题意知(2-i)2-p(2-i)+q=0,化简得(3-2p+q)+(p-4)i=0,所以3-2p+q=0且p-4=0,解得p=4,q=5,所以方程为x2-4x+5=0,即(x-2)2=-1=i2,解得另一个复数根为x=2+i.
11.复数z1,z2分别对应复平面内的点M1,M2,且|z1+z2|=|z1-z2|,线段M1M2的中点M对应的复数为4+3i,则|z1|2+|z2|2等于
A.10 B.25
C.100 D.200

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