师:同学们好,欢迎来到数学课堂。今天这节课我们复习第四章“数系的扩充与复数的引入”。首先,了解本节课的学习目标:在问题情境中,明白数系扩充的过程及必要性;理解复数的基本概念,掌握复数相等的充要条件;了解复数的代数表示法及其几何意义;能进行复数的四则运算。
接着,来看本章知识结构。本章包含两部分内容,第一部分是数系的扩充与复数的引入,第二部分是复数的四则运算。在数系的扩充与复数的引入这一节,我们学习了数的概念扩展和复数的有关概念。通过学习可知,复数概念的引入源于实际需求与数学内部矛盾,数系扩充过程既体现数学发现创造,又反映其发生发展的客观需要。
在复数的四则运算这一节,我们学习了复数的加法与减法、乘法与除法。要能运用复数运算法则求两个复数的和、差、积、商,理解算理,提高对运算法则合理性的认识。
下面回顾本章基本知识点。复数的定义:规定形如(a + bi)((a,b\in R))的数叫复数,通常记作(z = a + bi),其中(i)是虚数单位,(a)是实部,(b)是虚部。全体复数组成的集合叫复数集,用字母(C)表示。
复数的分类:复数(a + bi)((a,b\in R))分为实数和虚数。当虚部(b = 0)时,它是实数;当虚部(b\neq0)时,它是虚数,虚数又分为纯虚数和非纯虚数。当虚数的实部(a = 0)时,它是纯虚数;当虚数的实部(a\neq0)时,它是非纯虚数。此时,实数集、虚数集都是复数集的真子集。
两个复数相等的充要条件:两个复数(a + bi)与(c + di)相等,当且仅当它们的实部与虚部分别相等,即(a + bi = c + di),当且仅当(a = c)且(b = d)。
复数的几何意义:复数(a + bi)与复平面内的点((a,b))一一对应,与复平面内的向量(\overrightarrow{OA})也一一对应。这使得数与形的一一对应从一维空间扩展到二维空间,同时让复数与向量、解析几何间建立起沟通桥梁。
复数的模:设复数(z = a + bi)((a,b\in R)),在复平面内对应的点是(Z),坐标为((a,b)),则点(Z)到原点的距离(\vert OZ\vert)叫做复数(z)的模或绝对值,记作(\vert z\vert)。显然,(\vert z\vert = \sqrt{a^{2} + b^{2}})。
共轭复数:两个复数实部相等,虚部互为相反数时,这两个复数互为共轭复数,(z)的共轭复数用(\overline{z})表示。不难发现,复数(z)的模和其共轭复数的模相等,两个互为共轭复数的积是实数,等于(a^{2} + b^{2} = \vert z\vert^{2})。利用这一性质进行虚实转换,有时可简化计算。
接下来回顾复数的四则运算法则:两个复数的和、差、积、商,结果仍是复数。求两个复数的和或差,关键是认清实部和虚部,实部与实部相加减,虚部与虚部相加减。两个复数相乘,类似多项式相乘,在所得结果中把(i^{2})换成(-1),并合并实部与虚部。复数的除法与分母有理化类似,用分母的共轭复数同乘分子分母后再运算。
以上是本章基本知识点,下面看这些知识点的应用。
考点一:复数的有关概念。例一,给定一个复数(z),问当(x)为何实数时,复数(z)是实数,复数(z)是纯虚数。本题主要考查复数的分类,依据复数概念求解。具体解答过程:一个复数是实数的充要条件是虚部为(0),该复数虚部是(i^{2} + 3x + 2),所以(i^{2} + 3x + 2 = 0),其实部是以(10)为底(i^{2} - 2x - 2)的对数,要使对数有意义,其真数(i^{2} - 2x - 2\gt0)。由(i^{2} + 3x + 2 = 0)可解得(x = -1)或(x = -2),经检验均满足真数大于(0),所以当(x = -1)或(x = -2)时,复数(z)是实数。
第二小问,(z)是纯虚数,一个复数是纯虚数的充要条件是虚部不为(0)且实部为(0)。该复数虚部是(i^{2} + 3x + 2),所以(i^{2} + 3x + 2\neq0);实部是以(10)为底(i^{2} - 2x - 2)的对数,所以(\log_{10}(i^{2} - 2x - 2) = 0),且真数(i^{2} - 2x - 2\gt0)。由(i^{2} + 3x + 2\neq0)可解得(x\neq -1)且(x\neq -2);由(\log_{10}(i^{2} - 2x - 2) = 0)可解得(x = 3)或(x = -1)。综合可得(x = 3),经检验满足真数大于(0),所以当(x = 3)时,复数(z)是纯虚数。
同学们,解决复数有关概念问题,要正确确定复数实部、虚部,这是准确理解复数相关概念(如实数、虚数、纯虚数、相等复数、共轭复数、复数的模)的前提。两个复数相等的充要条件是将复数问题转化为实数问题的依据。求字母范围时,要注意复数实部与虚部自身有意义。
下面看变式训练一:设复数(z)满足(i(z + 1) = -3 + 2i),求复数(z)的实部。思路一:设复数(z = a + bi)((a,b\in R)),则(i(z + 1) = i(a + bi + 1)),化简得(-b + (a + 1)i = -3 + 2i)。由两个复数相等的充要条件可得方程组(\begin{cases}-b = -3\a + 1 = 2\end{cases}),解得(a = 1),(b = 3),所以复数(z)的实部是(1)。思路二:由条件可得(z + 1 = \frac{-3 + 2i}{i}),把(-3)换成(3i^{2}),得到(\frac{3i^{2} + 2i}{i}),化简得(2 + 3i),所以(z = 1 + 3i),故所求复数实部是(1)。
下面看考点二:复数的四则运算。例二第一小题,设(i)是虚数单位,若复数(z = 1 + i),求(\frac{z}{i} + i\overline{z})的值。本题关键是求出复数(z)的共轭复数,结合复数运算法则求解。具体解答过程:因为(z = 1 + i),所以(\overline{z} = 1 - i),(\frac{z}{i} = \frac{1 + i}{i}),利用复数除法运算法则,分子分母同乘以分母的共轭复数(-i),得到(\frac{(1 + i)( - i)}{i( - i)}),利用乘法法则化简得(1 - i)。把(\overline{z})与(\frac{z}{i})的结果代入原式,得到(1 - i + i(1 - i)),化简得(2),故答案选(C)。
