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复数是高中数学的一个重要内容,在初等数学中有着十分重要的作用,而且也是进一步学习高等数学的基础.纵观近两年全国各地的高考试题,主要考查复数的代数形式及运算,难度为容易题或中等题,考查形式以选择题或填空题为主.本文主要就高考中常考查的知识点作如下分类:
一、复数的基本概念及分类
数系扩充到复数集后,理解复数的有关概念至关重要.要在理解的基础上,明确复数、实数、虚数、纯虚数之间的如下关系:
复数a+bi(a,b∈R)实数(b=0)虚数(b≠0)纯虚数(a=0)非纯虚数(a≠0)
为正确运用复数的知识解决复数问题奠定基础.
例1 (2010年山东理科2)已知a+2ii=b+i(a,b∈R),其中i为虚数单位,则a+b=()
A.-1B.1C.2D.3
解析:由a+2ii=b+i得a+2i=bi-1,所以由复数相等的意义知:a=-1,b=2,所以a+b=1,故选B.
评注:本题以复数的乘法(或除法)为依托,考查复数的实部、虚部、复数相等的意义、复数的基本运算,属容易题.
例2 (2009年陕西理科2)已知z是纯虚数,z+21-i是实数,那么z等于()
A.2iB.iC.-iD.-2i
解析:设纯虚数z=bi,代入z+21-i=bi+21-i=(bi+2)(1+i)(1-i)(1+i)=(2-b)+(b+2)i2,
由于其为实数,b=-2,故选D.
评注:本题以复数的除法为媒介,考查复数的分类,属容易题.
二、复数的四则运算
复数的代数形式的加、减、乘、除运算,特别是乘、除运算是本章的重点,也是各地高考的热点.
例3 (2010年宁夏理科2)已知复数z=3+i(1-3i)2,z是z的共轭复数,则z•z=()
A.14B.12C.1D.2
解析:z=3+i(1-3i)2=3+i1-23i-3=3+i-2-23i=(3+i)(-2+23i)(-2-23i)(-2+23i)=-34+14i,
所以z•z=(-34)2+(14)2=14.故选A.
另解:z=3+i(1-3i)2=(3+i)i(3i-1)2i=3i-1(3i-1)2i=1(3i-1)i=1-3-i=-34+14i,下略.
评注:复数的代数运算法则与多项式的运算法则类似.本题考查复数的乘法、除法运算,重在复数的除法运算,复数相除关键在于分母实数化,分母实数化时分子、分母同时乘以分母的共轭复数,把分母变为实数,将除法转变为乘法进行运算.本题考查复数的代数运算,除法是热点,属容易题.
三、复数的几何意义
复平面内的点Z(a,b),与以原点为起点,以Z(a,b)为终点的向量OZ一一对应,所以复数与复平面内的点、与向量之间建立了一种一一对应关系,在此基础上引出了复数的模,诠释了复数运算的几何意义.
例4 (2010年湖北理科1)若i为虚数单位,图中复平面内点Z表示复数z,则表示复数z1+i的点是()
A.EB.FC.GD.H
解析:由图知z=3+i,所以z1+i=3+i1+i=(3+i)(1-i)(1+i)(1-i)=4-2i2=2-i,
故选D.
评注:本题主要考查复数与复平面内的点一一对应关系,属容易题.
例5 (2008年广东理科1)已知0 A.(1,5)B.(1,3)
C.(1,5)D.(1,3)
解析:|z|=a2+1,而0 评注:本题考查复数模的几何意义,属容易题.
四、复数与其他知识的交汇
例6 (2010年福建理科9)对于复数a,b,c,d,若集合S={a,b,c,d}具有性质“对任意x,y∈S,有xy∈S”,则当a=1b2=1c2=b时,b+c+d等于()
A.1B.-1C.0D.i
解析:由题意,可取a=1,b=-1,c=i,d=-i,所以b+c+d=-1+i+(-i)=-1,选B.
例7 (2009年湖北理科3)投掷两颗骰子,得到其向上的点数分别为m和n,则复数(m+ni)(n-mi)为实数的概率为()
A.13B.14C.16D.112
解析:因为(m+ni)(n-mi)=2mn+(n2-m2)i为实数,所以n2=m2故m=n,
则可以取1、2…6,共6种可能,所以P=6C16•C16=16.故选C.
例8 (2010年浙江理科5)对任意复数z=x+yi(x,y∈R),i为虚数单位,则下列结论正确的是()
A.|z-z|=2yB.z2=x2+y2
C.|z-z|≥2xD.|z|≤|x|+|y|
解析:容易看出A、B、C都是错误的,故选D.
事实上,要证|z|≤|x|+|y|,只要证明x2+y2≤|x|+|y|,只需证明x2+y2≤x2+y2+2|xy|,只需证明|xy|>0,显然成立.
评注:以上三题,复数分别与集合知识、概率知识、不等式知识交汇在一起,体现出高考综合考查能力的特点,属中等题.
除上述几点外,还应掌握两复数相等的充要条件、复数模的有关性质、复数正指数幂的运算、虚数单位i正整数指数幂的周期性、(1±i)2=±2i;若ω=-12+32i,则ω2=ω,ω3=1等.
(作者:李维刚、张国良,山东省聊城市堂邑中学、江苏省徐州市第三十五中学)
一、复数的基本概念及分类
数系扩充到复数集后,理解复数的有关概念至关重要.要在理解的基础上,明确复数、实数、虚数、纯虚数之间的如下关系:
复数a+bi(a,b∈R)实数(b=0)虚数(b≠0)纯虚数(a=0)非纯虚数(a≠0)
为正确运用复数的知识解决复数问题奠定基础.
例1 (2010年山东理科2)已知a+2ii=b+i(a,b∈R),其中i为虚数单位,则a+b=()
A.-1B.1C.2D.3
解析:由a+2ii=b+i得a+2i=bi-1,所以由复数相等的意义知:a=-1,b=2,所以a+b=1,故选B.
评注:本题以复数的乘法(或除法)为依托,考查复数的实部、虚部、复数相等的意义、复数的基本运算,属容易题.
例2 (2009年陕西理科2)已知z是纯虚数,z+21-i是实数,那么z等于()
A.2iB.iC.-iD.-2i
解析:设纯虚数z=bi,代入z+21-i=bi+21-i=(bi+2)(1+i)(1-i)(1+i)=(2-b)+(b+2)i2,
由于其为实数,b=-2,故选D.
评注:本题以复数的除法为媒介,考查复数的分类,属容易题.
二、复数的四则运算
复数的代数形式的加、减、乘、除运算,特别是乘、除运算是本章的重点,也是各地高考的热点.
例3 (2010年宁夏理科2)已知复数z=3+i(1-3i)2,z是z的共轭复数,则z•z=()
A.14B.12C.1D.2
解析:z=3+i(1-3i)2=3+i1-23i-3=3+i-2-23i=(3+i)(-2+23i)(-2-23i)(-2+23i)=-34+14i,
所以z•z=(-34)2+(14)2=14.故选A.
另解:z=3+i(1-3i)2=(3+i)i(3i-1)2i=3i-1(3i-1)2i=1(3i-1)i=1-3-i=-34+14i,下略.
评注:复数的代数运算法则与多项式的运算法则类似.本题考查复数的乘法、除法运算,重在复数的除法运算,复数相除关键在于分母实数化,分母实数化时分子、分母同时乘以分母的共轭复数,把分母变为实数,将除法转变为乘法进行运算.本题考查复数的代数运算,除法是热点,属容易题.
三、复数的几何意义
复平面内的点Z(a,b),与以原点为起点,以Z(a,b)为终点的向量OZ一一对应,所以复数与复平面内的点、与向量之间建立了一种一一对应关系,在此基础上引出了复数的模,诠释了复数运算的几何意义.
例4 (2010年湖北理科1)若i为虚数单位,图中复平面内点Z表示复数z,则表示复数z1+i的点是()
A.EB.FC.GD.H
解析:由图知z=3+i,所以z1+i=3+i1+i=(3+i)(1-i)(1+i)(1-i)=4-2i2=2-i,
故选D.
评注:本题主要考查复数与复平面内的点一一对应关系,属容易题.
例5 (2008年广东理科1)已知0 A.(1,5)B.(1,3)
C.(1,5)D.(1,3)
解析:|z|=a2+1,而0 评注:本题考查复数模的几何意义,属容易题.
四、复数与其他知识的交汇
例6 (2010年福建理科9)对于复数a,b,c,d,若集合S={a,b,c,d}具有性质“对任意x,y∈S,有xy∈S”,则当a=1b2=1c2=b时,b+c+d等于()
A.1B.-1C.0D.i
解析:由题意,可取a=1,b=-1,c=i,d=-i,所以b+c+d=-1+i+(-i)=-1,选B.
例7 (2009年湖北理科3)投掷两颗骰子,得到其向上的点数分别为m和n,则复数(m+ni)(n-mi)为实数的概率为()
A.13B.14C.16D.112
解析:因为(m+ni)(n-mi)=2mn+(n2-m2)i为实数,所以n2=m2故m=n,
则可以取1、2…6,共6种可能,所以P=6C16•C16=16.故选C.
例8 (2010年浙江理科5)对任意复数z=x+yi(x,y∈R),i为虚数单位,则下列结论正确的是()
A.|z-z|=2yB.z2=x2+y2
C.|z-z|≥2xD.|z|≤|x|+|y|
解析:容易看出A、B、C都是错误的,故选D.
事实上,要证|z|≤|x|+|y|,只要证明x2+y2≤|x|+|y|,只需证明x2+y2≤x2+y2+2|xy|,只需证明|xy|>0,显然成立.
评注:以上三题,复数分别与集合知识、概率知识、不等式知识交汇在一起,体现出高考综合考查能力的特点,属中等题.
除上述几点外,还应掌握两复数相等的充要条件、复数模的有关性质、复数正指数幂的运算、虚数单位i正整数指数幂的周期性、(1±i)2=±2i;若ω=-12+32i,则ω2=ω,ω3=1等.
(作者:李维刚、张国良,山东省聊城市堂邑中学、江苏省徐州市第三十五中学)