高中人教版新课标B3.2.3复数的除法教案及反思
展开(教师用书独具)
●三维目标
1.知识与技能
理解并掌握复数的代数形式的乘法与除法运算法则,了解共轭复数的概念.
2.过程与方法
理解并掌握复数的除法运算实质是分母实数化问题,通过运算过程体会这一变形本质意图.
3.情感、态度与价值观
利用多项式除法和复数除法类比,知道事物之间是普遍联系的.通过复数除法运算,培养学生探索问题、分析问题、解决问题的能力.
●重点难点
重点:复数代数形式的乘除法运算.
难点:复数除法法则的运用.
(教师用书独具)
●教学建议
建议本节教学采用自学指导法,在学生自主学习的基础上可利用一下教学方法及手段完成本节教学:(1)类比分析法,通过对比多项式的乘法法则推出复数乘法法则.(2)归纳推理法,运用已有的多项式乘法法则和分母有理化及复数加减法的知识,通过归纳类比,推导复数除法法则.(3)合理、恰当地运用多媒体教学手段,将静态事物动态化,将抽象事物直观化,以突破教学难点.
●教学流程
创设问题情境,引出问题,引导学生思考两个复数如何进行代数形式的乘法与除法运算.让学生自主完成填一填,使学生进一步熟悉复数代数形式的乘法、除法运算的法则,及其满足的运算律.引导学生分析例题1的运算方法并求解,教师只需指导完善,解答疑惑并要求学生独立完成变式训练.由学生分组探究例题2解法,引导学生去发现in运算的周期性,及其应用方法.完成互动探究.
完成当堂双基达标,巩固所学知识及应用方法.并进行反馈矫正.归纳整理,进行课堂小结,整体认识本节所学知识,强调重点内容和规律方法.学生自主完成例题3变式训练,老师抽查完成情况,对出现问题及时指导.通过易错辨析纠正运算中出现的错误.让学生自主分析例题3,老师适当点拨解题思路,学生分组讨论给出解法.老师组织解法展示,引导学生总结解题规律.
【问题导思】
1.如何规定两个复数相乘?
【提示】 两个复数相乘类似于多项式相乘,只要在所得结果中把i2换成-1,并且把实部与虚部分别合并即可.
2.复数乘法满足交换律、结合律以及乘法对加法的分配律吗?
【提示】 满足.
(1)设z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d∈R),则
z1·z2=(a+bi)·(c+di)=(ac-bd)+(ad+bc)i.
(2)对于任意z1,z2,z3∈C,有
【问题导思】
如何规定两个复数z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d∈R,c+di≠0)相除?
【提示】 eq \f(z1,z2)=eq \f(a+bi,c+di)=eq \f(a+bic-di,c+dic-di)=eq \f(ac+bd+bc-adi,c2+d2).
(1)z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d为实数,c+di≠0),z1,z2进行除法运算时,通常先把(a+bi)÷(c+di)写成eq \f(a+bi,c+di)的形式再把分子与分母都乘以c-di化简后可得结果:eq \f(ac+bd,c2+d2)+eq \f(bc-ad,c2+d2)i.
(2)共轭复数
如果两个复数满足实部相等,虚部互为相反数时,称这两个复数为共轭复数,z的共轭复数用eq \x\t(z)表示.即z=a+bi,则eq \x\t(z)=a-bi.虚部不等于0的两个共轭复数也叫共轭虚数.
(1)(2013·课标全国卷Ⅱ)设复数z满足(1-i)·z=2i,则z=( )
A.-1+i B.-1-i C.1+i D.1-i
(2)(2013·大纲全国卷)(1+eq \r(3)i)3=( )
A.-8 B.8 C.-8i D.8i
(3)计算(eq \f(1+i,1-i))6+eq \f(\r(2)+\r(3)i,\r(3)-\r(2)i)=________.
【思路探究】 (1)先设出复数z=a+bi,然后运用复数相等的充要条件求出a,b的值.
(2)直接利用复数的乘法运算法则计算.
(3)先计算eq \f(1+i,1-i)再乘方,且将eq \f(\r(2)+\r(3)i,\r(3)-\r(2)i)的分母实数化后再合并.
【自主解答】 (1)设z=a+bi,则(1-i)(a+bi)=2i,即(a+b)+(b-a)i=2i.
根据复数相等的充要条件得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a+b=0,,b-a=2,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=-1,,b=1,))
∴z=-1+i.故选A.
(2)原式=(1+eq \r(3)i)(1+eq \r(3)i)2=(1+eq \r(3)i)(-2+2eq \r(3)i)=-2+6i2=-8.
(3)法一 原式=eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1+i2,2)))6+eq \f(\r(2)+\r(3)i\r(3)+\r(2)i,5)
=i6+eq \f(\r(6)+2i+3i-\r(6),5)=-1+i.
法二 原式=eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(1+i2,2)))6+eq \f(\r(2)+\r(3)ii,\r(3)-\r(2)ii)
=i6+eq \f(\r(2)+\r(3)ii,\r(2)+\r(3)i)
=-1+i.
【答案】 (1)A (2)A (3)-1+i
1.复数的乘法类比多项式相乘进行运算,复数除法要先写成分式形式后,再将分母实数化,注意最后结果要写成a+bi(a,b∈R)的形式.
2.记住以下结论可以提高运算速度
(1)(1+i)2=2i,(1-i)2=-2i;
(2)eq \f(1-i,1+i)=-i,eq \f(1+i,1-i)=i;
(3)eq \f(1,i)=-i.
计算:
(1)(1-i)2;
(2)(-eq \f(1,2)+eq \f(\r(3),2)i)(eq \f(\r(3),2)+eq \f(1,2)i)(1+i);
(3)eq \f(2i,2+i).
【解】 (1)(1-i)2=1-2i+i2=-2i.
(2)(-eq \f(1,2)+eq \f(\r(3),2)i)(eq \f(\r(3),2)+eq \f(1,2)i)(1+i)
=(-eq \f(\r(3),4)-eq \f(1,4)i+eq \f(3,4)i+eq \f(\r(3),4)i2)(1+i)
=(-eq \f(\r(3),4)+eq \f(1,2)i-eq \f(\r(3),4))(1+i)
=(-eq \f(\r(3),2)+eq \f(1,2)i)(1+i)
=-eq \f(\r(3),2)-eq \f(\r(3),2)i+eq \f(1,2)i-eq \f(1,2)
=-eq \f(1+\r(3),2)+eq \f(1-\r(3),2)i.
(3)eq \f(2i,2+i)=eq \f(2i2-i,2+i2-i)=eq \f(2+4i,5)=eq \f(2,5)+eq \f(4,5)i.
(1)计算:eq \f(-2\r(3)+i,1+2\r(3)i)+(eq \f(\r(2),1-i))2 013;
(2)若复数z=eq \f(1+i,1-i),求1+z+z2+…+z2 013的值.
【思路探究】 将式子进行适当的化简、变形,使之出现in的形式,然后再根据in的值的特点计算求解.
【自主解答】 (1)原式=eq \f(i1+2\r(3)i,1+2\r(3)i)+[(eq \f(\r(2),1-i))2]1 006·(eq \f(\r(2),1-i))
=i+(eq \f(2,-2i))1 006·eq \f(\r(2)1+i,2)=i+i1 006·eq \f(\r(2)1+i,2)
=-eq \f(\r(2),2)+eq \f(2-\r(2),2)i
(2)1+z+z2+…+z2 013=eq \f(1-z2 014,1-z),
而z=eq \f(1+i,1-i)=eq \f(1+i2,1-i1+i)=eq \f(2i,2)=i,
所以1+z+z2+…+z2 013=eq \f(1-i2 014,1-i)=eq \f(1-i2,1-i)=1+i.
1.要熟记in的取值的周期性,要注意根据式子的特点创造条件使之与in联系起来以便计算求值.
2.如果涉及数列求和问题,应先利用数列方法求和后再求解.
在本例(2)中若z=i,求1+z+z2+…+z2 013的值.
【解】 由题意知
1+z+z2+…+z2 013=1+i+i2+…+i2 013
=eq \f(1·1-i2 014,1-i)=eq \f(1-i4×503+2,1-i)=eq \f(1-i2,1-i)=1+i.
∴原式=1+i.
设z1,z2∈C,A=z1·eq \x\t(z2)+z2·eq \x\t(z1),B=z1·eq \x\t(z1)+z2·eq \x\t(z2),问A与B是否可以比较大小?为什么?
【思路探究】 设出z1,z2的代数形式→化简A,B→判断A,B是否同为实数→结论
【自主解答】 设z1=a+bi,
z2=c+di(a,b,c,d∈R),
则eq \x\t(z1)=a-bi,eq \x\t(z2)=c-di,
∴A=z1·eq \x\t(z2)+z2·eq \x\t(z1)
=(a+bi)(c-di)+(c+di)(a-bi)
=ac-adi+bci-bdi2+ac-bci+adi-bdi2
=2ac+2bd∈R,
B=z1·eq \x\t(z1)+z2·eq \x\t(z2)
=|z1|2+|z2|2
=a2+b2+c2+d2∈R,
∴A与B可以比较大小.
1.z·eq \x\t(z)=|z|2=|eq \x\t(z)|2是共轭复数的常用性质.
2.实数的共轭复数是它本身,即z∈R⇔z=eq \x\t(z),利用此性质可以证明一个复数是实数.
3.若z≠0且z+eq \x\t(z)=0,则z为纯虚数,利用此性质可证明一个复数是纯虚数.
已知z∈C,eq \x\t(z)为z的共轭复数,若z·eq \x\t(z)-3ieq \x\t(z)=1+3i,求z.
【解】 设z=a+bi(a,b∈R),则eq \x\t(z)=a-bi(a,b∈R),
由题意得(a+bi)(a-bi)-3i(a-bi)=1+3i,
即a2+b2-3b-3ai=1+3i,
则有eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a2+b2-3b=1,-3a=3)),
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=-1,b=0))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=-1,b=3)),
所以z=-1或z=-1+3i.
记错i2值而致误
设复数z满足eq \f(1+2i,z)=i,则z=( )
A.-2+i B.-2-i
C.2-i D.2+i
【错解】 设复数z=a+bi(a,b∈R)满足eq \f(1+2i,z)=i,
所以1+2i=ai+b.
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=2,,b=1,))
所以z=2+i,故选D项.
【答案】 D
【错因分析】 将i2=-1当成i2=1来运算漏掉负号.
【防范措施】 在进行乘除法运算时,灵活运用i的性质,并注意一些重要结论的灵活应用.
【正解】 设复数z=a+bi(a,b∈R)满足eq \f(1+2i,z)=i,
所以1+2i=ai-b.
解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=2,,b=-1,))
所以z=2-i,故选C项.
【答案】 C
1.复数代数形式的乘除运算
(1)复数代数形式的乘法类似于多项式乘以多项式,复数的乘法满足交换律、结合律以及乘法对加法的分配律.
(2)在进行复数代数形式的除法运算时,通常先将除法写成分式的形式,再把分子、分母都乘以分母的共轭复数,化简后可得,类似于以前学习的分母有理化.
2.共轭复数的性质可以用来解决一些复数问题.
3.复数问题实数化思想.
复数问题实数化是解决复数问题的基本思想方法,其桥梁是设复数z=a+bi(a,b∈R),利用复数相等的充要条件转化.
1.(2012·北京高考)在复平面内,复数eq \f(10i,3+i)对应的点的坐标为( )
A.(1,3) B.(3,1)
C.(-1,3) D.(3,-1)
【解析】 eq \f(10i,3+i)=eq \f(10i3-i,32+12)=eq \f(10i3-i,10)=1+3i,
∴其对应点的坐标为(1,3),选A.
【答案】 A
2.(2013·安徽高考)设i是虚数单位,若复数a-eq \f(10,3-i)(a∈R)是纯虚数,则a的值为( )
A.-3 B.-1
C.1 D.3
【解析】 因为a-eq \f(10,3-i)=a-eq \f(103+i,3-i3+i)=a-eq \f(103+i,10)=(a-3)-i,由纯虚数的定义,知a-3=0,所以a=3.
【答案】 D
3.若x-2+yi和3x-i互为共轭复数,则实数x=________,y=________.
【解析】 由题意得:eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x-2=3x,,y=1,))
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x=-1,,y=1.))
【答案】 -1 1
4.计算:
(1)(1-i)(-eq \f(1,2)+eq \f(\r(3),2)i)(1+i);
(2)eq \f(\r(2)+\r(3)i,\r(3)-\r(2)i);
(3)(2-i)2.
【解】 (1)法一 (1-i)(-eq \f(1,2)+eq \f(\r(3),2)i)(1+i)
=(-eq \f(1,2)+eq \f(\r(3),2)i+eq \f(1,2)i-eq \f(\r(3),2)i2)(1+i)
=(eq \f(\r(3)-1,2)+eq \f(\r(3)+1,2)i)(1+i)
=eq \f(\r(3)-1,2)+eq \f(\r(3)+1,2)i+eq \f(\r(3)-1,2)i+eq \f(\r(3)+1,2)i2
=-1+eq \r(3)i.
法二 原式=(1-i)(1+i)(-eq \f(1,2)+eq \f(\r(3),2)i)
=(1-i2)(-eq \f(1,2)+eq \f(\r(3),2)i)
=2(-eq \f(1,2)+eq \f(\r(3),2)i)
=-1+eq \r(3)i.
(2)eq \f(\r(2)+\r(3)i,\r(3)-\r(2)i)=eq \f(\r(2)+\r(3)i\r(3)+\r(2)i,\r(3)-\r(2)i\r(3)+\r(2)i)
=eq \f(\r(2)+\r(3)i\r(3)+\r(2)i,\r(3)2+\r(2)2)
=eq \f(\r(6)+2i+3i-\r(6),5)
=eq \f(5i,5)=i.
(3)(2-i)2=(2-i)(2-i)
=4-4i+i2
=3-4i.
一、选择题
1.复数(2+i)2等于( )
A.3+4i B.5+4i
C.3+2i D.5+2i
【解析】 (2+i)2=4+4i+i2=4+4i-1=3+4i.故选A.
【答案】 A
2.i是虚数单位,复数eq \f(5+3i,4-i)=( )
A.1-i B.-1+i
C.1+i D.-1-i
【解析】 eq \f(5+3i,4-i)=eq \f(5+3i4+i,42+1)=eq \f(17+17i,17)=1+i.
【答案】 C
3.(2013·课标全国卷Ⅰ)若复数z满足(3-4i)z=|4+3i|,则z的虚部为( )
A.-4 B.-eq \f(4,5)
C.4 D.eq \f(4,5)
【解析】 ∵(3-4i)z=|4+3i|,∴z=eq \f(|4+3i|,3-4i)=eq \f(\r(42+32),3-4i)=eq \f(53+4i,25)=eq \f(3,5)+eq \f(4,5)i,∴z的虚部为eq \f(4,5).
【答案】 D
4.若z+eq \x\t(z)=6,z·eq \x\t(z)=10,则z=( )
A.1±3i B.3±i
C.3+i D.3-i
【解析】 设z=a+bi(a,b∈R),则eq \x\t(z)=a-bi,
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(2a=6,a2+b2=10)),解得a=3,b=±1,则z=3±i.
【答案】 B
5.(2013·湖北高考)在复平面内,复数z=eq \f(2i,1+i)(i为虚数单位)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
【解析】 z=eq \f(2i,1+i)=eq \f(2i1-i,1+i1-i)=1+i,所以eq \x\t(z)=1-i,故复数z的共轭复数对应的点位于第四象限.
【答案】 D
二、填空题
6.(2013·江苏高考)设z=(2-i)2(i为虚数单位),则复数z的模为________.
【解析】 z=(2-i)2=3-4i,所以|z|=|3-4i|=eq \r(32+-42)=5.
【答案】 5
7.若eq \f(3+bi,1-i)=a+bi(a,b为实数,i为虚数单位),则a+b=________.
【解析】 eq \f(3+bi,1-i)=eq \f(3+bi1+i,2)
=eq \f(1,2)[(3-b)+(3+b)i]=eq \f(3-b,2)+eq \f(3+b,2)i.
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=\f(3-b,2),,\f(3+b,2)=b,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=0,,b=3.))∴a+b=3.
【答案】 3
8.当z=-eq \f(1-i,\r(2))时,z2 012+z2 014=________.
【解析】 z=-eq \f(1-i,\r(2)),∴z2=eq \f(-2i,2)=-i,
∴z2 012=(-i)2 012=1,
z2 014=(-i)2 014=-1,
∴z2 012+z2 014=1-1=0.
【答案】 0
三、解答题
9.计算下列各题:
(1)eq \f(1+i7,1-i)+eq \f(1-i7,1+i)-eq \f(3-4i2+2i3,4+3i);
(2)eq \f(1,i)(eq \r(2)+eq \r(2)i)5+(eq \f(1,1+i))4+(eq \f(1+i,1-i))7;
(3)(-eq \f(\r(3),2)-eq \f(1,2)i)12+(eq \f(2+2i,1-\r(3)i))8.
【解】 (1)原式=[(1+i)2]3eq \f(1+i,1-i)+[(1-i)2]3·eq \f(1-i,1+i)-eq \f(83-4i1+i21+i,3-4ii)
=(2i)3·i+(-2i)3·(-i)-eq \f(8·2i1+i,i)
=8+8-16-16i=-16i.
(2)eq \f(1,i)(eq \r(2)+eq \r(2)i)5+(eq \f(1,1+i))4+(eq \f(1+i,1-i))7
=-i·(eq \r(2))5·[(1+i)2]2·(1+i)+[eq \f(1,1+i2)]2+i7
=16eq \r(2)(-1+i)-eq \f(1,4)-i
=-(16eq \r(2)+eq \f(1,4))+(16eq \r(2)-1)i.
(3)(-eq \f(\r(3),2)-eq \f(1,2)i)12+(eq \f(2+2i,1-\r(3)i))8
=(-i)12·(-eq \f(\r(3),2)-eq \f(1,2)i)12+(eq \f(1+i,\f(1,2)-\f(\r(3),2)i))8
=(-eq \f(1,2)+eq \f(\r(3),2)i)12+eq \f([1+i2]4·\f(1,2)-\f(\r(3),2)i,[\f(1,2)-\f(\r(3),2)i3]3)
=[(-eq \f(1,2)+eq \f(\r(3),2)i)3]4+(-8+8eq \r(3)i)
=1-8+8eq \r(3)i=-7+8eq \r(3)i.
10.复数z=eq \f(1+i2+31-i,2+i),若z2+eq \f(a,z)<0,求纯虚数a.
【解】 z=eq \f(2i+3-3i,2+i)=1-i,
∵a为纯虚数,设a=mi(m∈R,m≠0),
则z2+eq \f(a,z)=(1-i)2+eq \f(mi,1-i)=-2i+eq \f(mi-m,2)
=-eq \f(m,2)+(eq \f(m,2)-2)i<0,
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(-\f(m,2)<0,\f(m,2)-2=0)),∴m=4,∴a=4i.
11.定义运算eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(a b,c d))=ad-bc,则满足eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(z 1+2i,1-i 1+i))=0的复数z所对应的点在第几象限?
【解】 结合eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(a b,c d))=ad-bc可知
eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(z 1+2i,1-i 1+i))=z(1+i)-(1-i)(1+2i)=0,
∴z=eq \f(1-i1+2i,1+i)=eq \f(1-i21+2i,1+i1-i)=2-i,
∴复数z所对应的点在第四象限.
(教师用书独具)
已知z1、z2∈C,z1+2z2∈R,且eq \f(5z1,z2)+eq \f(5z2,2z1)=1,求证:z2-3z1为纯虚数.
【思路探究】 由题目条件推出(z2-3z1)2,再证明其小于0即可.
【自主解答】 ∵eq \f(5z1,z2)+eq \f(5z2,2z1)=1,
∴10zeq \\al(2,1)+5zeq \\al(2,2)=2z1·z2,
即zeq \\al(2,1)+4zeq \\al(2,2)+4z1·z2=-9zeq \\al(2,1)-zeq \\al(2,2)+6z1·z2,
也即-(z1+2z2)2=(3z1-z2)2.
∵z1+2z2∈R,z1≠0,z2≠0,
∴-(z1+2z2)2<0,
∴(3z1-z2)2<0,
∴(3z1-z2)2为负实数,
∴z2-3z1为纯虚数.
1.证明z为纯虚数的方法:
(1)设z=a+bi(a,b∈R),证明a=0且b≠0;
(2)z2<0⇔z为纯虚数;
(3)z≠0,且z+eq \x\t(z)=0⇔为纯虚数.
2.证明z∈R的方法:
(1)设z=a+bi(a、b∈R),证明b=0;
(2)z∈R⇔z=eq \x\t(z);
(3)z∈R⇔z2≥0;
(4)z∈R⇔|z|2=z2.
设z=a+bi(a、b∈R),若eq \f(z,1+z2)∈R,则a、b应满足什么条件?并说明理由.
【解】 eq \f(z,1+z2)=eq \f(a+bi,1+a2-b2+2abi)
=eq \f(a+bia2-b2+1-2abi,a2-b2+12+2ab2)
=eq \f(a3+ab2+a-ba2+b2-1i,a2-b2+12+4a2b2)∈R,
∴b(a2+b2-1)=0,∴b=0或a2+b2=1.
复
数复数的
概念复数相等的充要条件复数与复数分类共轭复数复数的模复数的
运算复数的
减法法
则(a+bi)-(c+di)=(a-c)+(b-d)i复数减法的几何意义复平面上两点间的距离d=|z1-z2|复数的
加法法
则(a+bi)+(c+di)=(a+c)+(b+d)i复数加法的几何意义复数的
乘法法
则(a+bi)(c+di)=(ac-bd)+(ad+bc)i复数的
除法法
则eq \f(a+bi,c+di)=eq \f(ac+bd,c2+d2)+eq \f(bc-ad,c2+d2)i(c+di≠0)
课标解读
1.掌握复数代数形式的乘、除运算.(重点)
2.理解复数乘法的交换律、结合律和乘法对加法的分配律.(难点)
3.理解共轭复数的概念.(易错点)
复数的乘法
交换律
z1·z2=z2·z1
结合律
(z1·z2)·z3=z1·(z2·z3)
乘法对加法的分配律
z1(z2+z3)=z1z2+z1z3
复数的除法与共轭复数
复数代数形式的乘除法运算
虚数单位i的幂的周期性及其应用
共轭复数的应用
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