高2下册人教版数学 3.1数系的扩充和复数的概念(第2课时) 逐字稿-4,715字

  师:同学们大家好,今天由我继续带领大家学习选修2 - 2第三章第一节的内容。我国著名数学家华罗庚曾说:“数缺形时少直观,形缺数难入微。”由此可见,数与形密不可分。今天我们将运用数形结合这一重要数学思想方法展开研究。请同学们回顾以往所学知识,思考问题:实数的几何意义是什么?

  生:(思考、讨论)

  师:我们知道,实数可以用数轴上的点来表示,实数与数轴上的点是一一对应关系。因为这种一一对应,每一个实数都能在数轴上找到对应的点,这就是实数的几何意义。接着回顾上节课内容,请同学们思考,复数的代数形式是怎样的?

  生:复数z = a + bi(a,b为实数),a称为实部,b称为虚部。

  师:非常好。由复数的代数形式,结合上节课内容,请大家回答,一个复数是由什么决定的?

  生:一个复数由它的实部、虚部共同确定,实部、虚部可确定一个有序实数对(a,b)。

  师:没错。我们发现复数z = a + bi与有序实数对(a,b)之间能建立起一一对应关系。那么请同学们类比实数的几何意义,实数与数轴上的点一一对应,复数的几何意义是什么呢?这就是本节课我们要重点学习的内容。通过前面分析,我们知道复数与有序实数对可建立一一对应关系,而有序实数对又能在平面直角坐标系中找到一一对应的点Z(a,b)。综合这两个特征,我们发现复数z = a + bi可与平面直角坐标系上的点Z(a,b)建立起一一对应关系。我们以复数的实部为横坐标,虚部为纵坐标,建立的这个平面,这种复数的几何表示是1797年由挪威测量学家韦塞尔提出,随后瑞士数学家阿甘德进行论证,并得到高斯认同,所以这种几何表示也称为阿甘德图,而建立了平面直角坐标系表示复数的平面,我们称为复平面。这里x轴称为实轴,y轴称为虚轴。根据所学内容,请同学们思考,在复平面上,实轴上的点、虚轴上的点以及各象限内的点分别表示怎样的复数呢?大家可以先将对应的点与有序实数对进行对应,再由有序实数对找到其对应的复数。

  生:(思考、讨论、回答)实轴上的点,纵坐标为0,对应的复数虚部为0,表示实数;虚轴上除原点外的点,实部为0,虚部不为0,表示纯虚数。

  师:那虚轴上特殊的原点表示什么数呢?

  生:表示实数0。

  师:很好。其他各象限内的点表示实部、虚部均不为0的虚数。通过分析探究,我们发现复数z = a + bi(a,b∈R),可在复平面上与点Z(a,b)建立一一对应关系,这就是复数的一种几何意义。请同学们利用这个几何意义回答以下4个小问:在复平面上,下列各点对应哪个复数?原点(0,0)表示什么?实轴上的点(2,0)表示什么?虚轴上的点(0, - 1)对应什么复数?点( - 2,3)对应什么复数?

  生:原点(0,0)表示实数0;实轴上的点(2,0)表示实数2;虚轴上的点(0, - 1)对应复数 - i;点( - 2,3)对应复数 - 2 + 3i。

  师:非常正确。我们知道有序实数对除了表示平面直角坐标上的点,还有其他表示方法。例如在图中,有序实数对(a,b)还可表示平面向量,即图中的$\overrightarrow{OZ}$。有序实数对可与平面向量$\overrightarrow{OZ}$建立一一对应关系,而每个复数由有序实数对(a,b)确定,由此发现复数z = a + bi可与平面向量$\overrightarrow{OZ}$之间建立一一对应关系。从这种关系出发,我们发现复数可以用一个向量来表示,对于复数z = a + bi,它可与平面向量$\overrightarrow{OZ}$建立一一对应关系。这里要注意,实数0对应的是$\overrightarrow{0}$向量,这就是复数的另一种几何意义。结合复数的两种几何意义,我们发现复数z = a + bi与复平面上的点Z和平面向量$\overrightarrow{OZ}$三者之间均是一一对应关系,这种对应关系借助有序实数对(a,b)建立,三者关系可通过图观察。为方便起见,常把复数z = a + bi说成点Z或说成向量$\overrightarrow{OZ}$,并且规定相等的向量表示同一个复数。三者有区别,主要是表达形式不同。z = a + bi从数的角度刻画复数,称为复数的代数形式;点Z(a,b)和平面向量$\overrightarrow{OZ}$从形的角度刻画复数,其中点Z(a,b)称为复数的几何形式,平面向量$\overrightarrow{OZ}$称为复数的向量形式。同学们要清楚复数这三种表达形式的联系和区别。我们知道平面向量有大小、有方向,其大小用向量的模刻画。既然复数可与平面向量建立一一对应关系,能否类比向量模的概念,对复数的模进行定义呢?接下来看复数模的概念。向量$\overrightarrow{OZ}$的模r叫做复数z = a + bi的模,记作|z|或|a + bi|。这里沿用了复数模的符号,所以|z| = r = |$\overrightarrow{OZ}$|。我们可运用平面向量模的计算方式得到复数模的计算公式,即$\sqrt{a^{2} + b^{2}}$。当复数的虚部b为0时,复数就是实数a。利用所得模的计算公式,此时复数z的模就是实数a的绝对值。我们知道实数的绝对值有几何意义,是该数在数轴上对应点到原点的距离。那么类比实数绝对值的几何意义,复数的模的几何意义是什么呢?

  生:复数z = a + bi的模r就是复数z = a + bi在复平面上对应的点Z到原点的距离。

  师:非常好。我们借助有序实数对在复数z、复平面上的点Z以及平面向量$\overrightarrow{OZ}$三者之间建立了对应关系,通过类比向量模的运算方法得到了复数模的计算公式,又通过复数中特殊的实数a的模得到了复数模的几何意义。接下来通过一系列例题巩固今天的学习成果。请同学们判断以下相关概念:a. 在复平面内,对应于实数的点都在实轴上;b. 在复平面上,对应于纯虚数的点都在虚轴上;c. 在复平面内,实轴上的点所对应的复数都是实数;d. 在复平面内,虚轴上的点所对应的复数都是纯虚数。

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