第十五章  复数

考纲要求 知识结构&梳理 复习详导 高考试题 目标训练 热身训练

    一、高考大纲  
    考试内容:
    复数的概念。
    复数的加法和减法。
    复数的乘法和除法。
    数系的扩充。
    考试要求:
    (1)了解复数的有关概念及复数的代数表示和几何意义。
    (2)掌握复数代数形式的运算法则,能进行复数代数形式的加法、减法、乘法、除法运算。
    (3)了解从自然数系到复数系的关系及扩充的基本思想。
   
二、高考要览

考试内容

能力层次

高考要求

考题年份分值

复数的代数形式及其运算 理解 复数的有关概念
2004 2005 2006 2007 2008
全国Ⅰ.5 全国Ⅰ.5 全国Ⅰ4.5    
全国Ⅱ.5   全国Ⅱ3.5    
全国Ⅲ.5 全国Ⅲ.4      
全国Ⅳ.5        
北京.5 北京.4 北京1.5    
广东.4 广东.5 广东2.5    
掌握

复数的代数表示与几何意义;运算法则,并能进行代数形式的加减乘除运算

浙江.5 浙江.5 浙江2.5    
    四川2.5    
天津.5 天津.5 天津1.5    
    陕西2.5    
福建.5 福建.5 福建1.5    
    安徽1.5    
  江西.5 江西2.5    
上海.12 上海.12 上海5.4    
湖北.5 湖北.5 湖北11.4    
重庆.5 重庆.5 重庆11.4    
  湖南.5      
  山东.5      
辽宁.5 辽宁.5      
北京春.5 北京春.5      
安徽春        
上海春.4        

    三、命题趋势

  从历年高考试题看,复数部分的考查重点是复数的复数的有关概念,复数的代数形式运算。

 1题型和题量:本章考查的题型以选择题或填空题为主,一般试卷中出一个小题,分值在5分左右。

 2知识点考查:复数的有关概念是复数的运算、复数应用的基础,高考中重点考查的概念有虚数、纯虚数、共轭复数、两复数相等及复数的模。在解答涉及这些概念的复数运算、推理题时,对这些概念的理解、掌握,既是审清题的关键,也是获得解题思路的源泉。

 3难度与创新:复数在高考题中一般没有难题,对复数代数形式运算的考查中,常出现可利用的复数`i,1+-i,-1/2+-root()(3)/2i`的乘方运算的结果,如用`(1+-i)^2=+-i,i^(4m+k)=i^k`,`(-1/2+-root()(3)/2i)^3=1`来简化计算过程的题目.

    四、复习建议
  
根据本章知识及高考对本章的考查情况,复习时应该注意以下几个方面:
    1、坚持全面复习与重点复习相结合
    本章的知识点有:(1)数的概念的发展;(2)复数的有关概念;(3)复数的向量表示;(4)复数的加法与减法;(5)复数的乘法与除法。
    由于目前试题多以中低档题目出现,难度不大,但涉及面广,对基本的熟练度程度要求较高,所以对基本问题不能放松要求。举例如下:
    (1)复数的基本概念。如复数为虚数、纯虚数的条件、复数相等条件的运用等。
    (2)下述结果的变形运用
    ①`i^(4n)=1,i^(4n+1)=i,i^(4n+2)=-1,i^(4n+3)=-i (ninN)`
    ②`(1+-i)^2=+-2i,(1-i)/(1+i)=-i,(1+i)/(1-i))=i`
    ③设`omega=-1/2+root()(3)/2i,则omega^3=1,omega^2=bar omega,1+omega+omega^2=0`
    2、重视复数与相关知识的联系
    (1)复数问题转化为实数范围内的代数问题;
    (2)复数问题转化为平面几何问题;在复习过程中,要充分利用相关知识,实现问题的转化。
    3、强调数学思想方法的训练
    (1)转化思想:在全面理解掌握复数知识的同时,善于将复数向实数转化,将复数向几何转化
    (2)分类讨论的思想:分类讨论是一种重要的解题策略和方法,它能使复杂的问题简单化,复数考题中经常用到这种分类讨论思想。

    五、思想与方法综览
    1、等价转化思想
   
[案例]设关于`x`的方程`x^2-(tantheta+i)x-(2+i)=0`
    (1)若方程有实数根,求锐角`theta`和实数根;
    (2)证明:对任意`theta≠kpi+pi/2(kinZ)`,方程无纯数虚数根。
    分析:复数问题通常转化为实数问题来解决。
    解答:⑴设实数的根是`alpha`,
    则`alpha^2-(tantheta+i)alpha-(2+i)=0`
    即`alpha^2-alphatantheta-2-(alpha+1)=0.`
    `.:alpha、tanthetainR,:.{(alpha^2-alphatantheta-2=0),(alpha+1=0):}`
    `:.alpha=-1,且tantheta=1,又0<theta<pi/2,:.theta=pi/4.`
    (2)若方程存在纯虚数根,设为`bi(binR)`
    则`(bi)^2-(tantheta+i)(bi)-(2+i)=0`
    即`{(-b^2+b-2=0),(btantheta+1=0):}`此方程组无纯虚数解,
    对任意`theta!=kpi+pi/2(kinZ)`,方程无纯虚数根。
    点评:这种解法是解此类方程的基本解法,利用复数想等实现了复数问题向实数问题的转化,体现了转化思想。


    2
整体思想

    [案例]设`z=1/2+root()(3)/2i`,那么`z+z^2+z^3+z^4+z^5+z^6`的值为_______________.
    解答:解法一:由`z=1/2+root()(3)/2i`,得
    `(z-1/2)^2=-3/4,即z^2-z+1=0` ①
    而`z!=-1`,`:.(z+1)(z^2-z+1)=0,:.z^3+1=0` ②
    `:.`原式`=z+z^2+z^3+z*z^3+z^2*z^3+z^3*z^3=z+z^2-1-z-z^2+1=0`
    解法二:设`omega=-1/2+root()(3)/2i`,则`z=-bar omega`,利用复数`omega`的性质可得原式=0
    解法三:根据等比数列求和公式,原式`=(z(1-z^6))/(1-z)`。由`z=1/2+root()(3)/2i`,可得`z^3=-1`,从而`z^6=1`,所以原式=0。


    3
数形结合思想
   
[案例]已知`|z|=1`,且`z^5+z=1`,求`z`。
    分析:由`z^5+z=1`联想复数加法的几何性质,不难发现`z,z^5,1`所对应的三点`A、C、B`及原点`o`构成平行四边形的四个顶点(如图)
    解答:由分析知△`AOB`为等边三角形,易求得`z=1/2+root()(3)/2i`
    当点`z`对应的点A在实轴下方时,`z=1/2-root()(3)/2i`
    点评:巧妙地运用几何意义解题,简便有效。
 

    4分类讨论思想
   
[案例]设`a≥0`,求满足`z^2+2|z|=a`的复数`z`
    分析:一般思路是设`z=x+yi(x,y∈R)`,或由`z^2+2|z|=a`转化为`z^2=a-2|z|`,则`z^2∈R`,从而`z`是实数或纯虚数。
    解答:`z^2+2|z|∈R`,
    ∴`z`为实数或纯虚数。

    若`z∈R`,则原方程即为`z^2+2|z|-a=0`
    ∴`z=±(-1+root()(1+a)(a≥0)`。
    若`z`为纯虚数,设`z=yi(y∈R且y≠0)`。
    则原方程为`|y|^2-2|y|+a=0`
    当`a=0`时,`|z|=2`,即`z=±2i`;
    当`0<a≤1`时,`|y|=1±root()(1+a)`。
    ∴`z=-(1±root()(1+a))i`,或`z=(1±root()(1+a))i`
    当`a>1`时,方程无实根,即此时原方程无纯虚数。
    综上所述`z=±2i`,或`z=-(1±root()(1+a))i`或`z=(1±root()(1+a))i`或`z=+-(-1+root()(1+a))i`。

 
    一、知识结构
    (框图)

    二、知识梳理
    (一)、复数的概念
    1、虚数单位i的引入.
    (1)规定:①`i^2=-1`;②实数与i进行四则运算时,原有的加、乘运算律仍然成立.
    (2)i的整数幂具有周期性:
    `i^(4n)=1,i^(4n+1)=i,i^(4n+2)=-1,i^(4n+3)=-i,其中n∈N`.
    2、复数z=a+bi(a,b∈R)的分类.
    `复数(z=a+bi){(实数(b=0)),(虚数(b≠0){(纯虚数 (a=0且b≠0)),(非纯虚数(a≠0且b≠0)):}):}`
    3、数系的扩充.
    (1)数集的扩充过程是:自然数集(N)→整数集(x)→有理数集(Q)→实数集(R)→复数集(C).
    (2)实系数一元二次方程`ax^2+bx+c=0`的解的情况:记`△=b^2-4ac`,
    ①当△≥0时,方程有两实根.
    ②当△<0时,方程在复数集C中有两个根`x=(-b±sqrt(-(b^2-4ac))i)/(2a)`.
    (二)、复数的表示法
    1、代数形式:z=a+bi(a、b∈R),其中a、b分别称为复数x的实部与虚部.
    2、复平面、实轴、虚轴.
    复数z=a+bi(a、b∈R)可用点Z(a,b)表示,并且复数集C和复平面内所有的点所成的集合是一一对应的.在复平面内,x轴叫做实轴,y轴叫做虚轴.实轴上的点都表示实数,虚轴上除原点外的点都表示纯虚数.
    (三)、复数的相关概念
    1、两复数相等:实部与虚部分别相等的两复数.
    2、共轭复数:当两个复数实部相等,虚部互为相反数时,这两个复数叫做互为共轭复数.虚部不为零的两共轭复数也叫做共轭虚数.
    3、不全为实数的两复数不能比较大小.
    4、复数z=a+bi(a、b∈R),对应的点为Z(a,b),O(0,0)为复平面内的原点,则`|vec(OZ)|`为复数z的模.
    (四)、复数的运算
    1、复数的加法与减法.
    (1)运算法则:
    设`z_1=a+bi,z_2=c+di(a、b、c、d∈R)`,则
    `z_l±z_2=(a+bi)±(c+di)===(a±c)+(b±d)i`.
    (2)运算律:设`z_1、z_2、z_3∈C`,则有
    ①`z_1+z_2=z_2+z_l`; ②`(z_1+z_2)+z_3=z_1+(z_2+z_3)`.
    2、复数的乘法与除法.
    (1)运算法则,设`z_1=a+bi,z_2=c+di(a、b、c、d∈R)`,则
    `(a+bi)(c+di)=(ac-bd)+(bc+ad)i`;
    `(a+bi)/(c+di)=(ac+bd)/(c^2+d^2)+(bc-ad)/(c^2+d^2)`
    (2)运算律:设`z_1、z_2、z_3∈C`,则有
    ①`z_1•z_2=z_2•z_l`; ②`(z_1•z_)•z_3=z_1•(z_2•z_3)`; ③`z_1(z_2+z_3)=z_1z_2+z_1z_3`.
    3、几个常见的结论.
    (1)`(1±i)^2=±2i`;(2)`(l+i)/(1-i)=i,(l-i)/(1+i)=-i`;(3)`1/i=-i`;
    (4)记`omega_1=-1/2+sqrt(3)/2i,omega_2=-1/2-sqrt(3)/2i`
    ①`omega_1^3=omega_2^3=1`;
    ②`omega_1^2=omega_2,omega_2^2=omega_1`;
    ③`omega_1^2+omega_1+1=omega_2^2+omega_2+1=0`.


 

    复习详导
    §15.1 复数的概念与运算 (1)
    高考试题
    理科:
    一、选择题
    二、填空题
    三、解答题
    文科:
    一、选择题
    二、填空题
    三、解答题
    目标训练
    1、第一轮选填训练 (1)

    2、第一轮基础训练 (1)

    3、第一轮单元训练 (1)

    热身训练
    1、选择题 (1) (2) (3)
    2、填空题 (1) (2) (3)
    3、解答题 (1) (2) (3)
    4、基础综合训练 (1) (2) (3)
    5、综合训练 (1) (2) (3)

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