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高考数学一轮复习第五章 5.4
展开1.复数的有关概念
(1)定义:我们把集合C={a+bi|a,b∈R}中的数,即形如a+bi(a,b∈R)的数叫做复数,其中a叫做复数z的实部,b叫做复数z的虚部(i为虚数单位).
(2)分类:
(3)复数相等:a+bi=c+di⇔a=c且b=d(a,b,c,d∈R).
(4)共轭复数:a+bi与c+di共轭⇔a=c,b=-d(a,b,c,d∈R).
(5)模:向量eq \(OZ,\s\up6(→))的模叫做复数z=a+bi的模,记作|a+bi|或|z|,即|z|=|a+bi|=eq \r(a2+b2)(a,b∈R).
2.复数的几何意义
复数z=a+bi与复平面内的点Z(a,b)及平面向量eq \(OZ,\s\up6(→))=(a,b)(a,b∈R)是一一对应关系.
3.复数的运算
(1)运算法则:设z1=a+bi,z2=c+di,a,b,c,d∈R.
(2)几何意义:复数加减法可按向量的平行四边形或三角形法则进行.
如图给出的平行四边形OZ1ZZ2可以直观地反映出复数加减法的几何意义,即eq \(OZ,\s\up6(→))=eq \(OZ1,\s\up6(→))+eq \(OZ2,\s\up6(→)),eq \(Z1Z2,\s\up6(—→))=eq \(OZ2,\s\up6(→))-eq \(OZ1,\s\up6(→)).
概念方法微思考
1.复数a+bi的实部为a,虚部为b吗?
提示 不一定.只有当a,b∈R时,a才是实部,b才是虚部.
2.如何理解复数的加法、减法的几何意义?
提示 复数的加法、减法的几何意义就是向量加法、减法的平行四边形法则.
题组一 思考辨析
1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)复数z=a+bi(a,b∈R)中,虚部为bi.( × )
(2)复数中有相等复数的概念,因此复数可以比较大小.( × )
(3)复平面中原点是实轴与虚轴的交点.( √ )
(4)复数的模实质上就是复平面内复数对应的点到原点的距离,也就是复数对应的向量的模.
( √ )
题组二 教材改编
2.若复数z=(x2-1)+(x-1)i为纯虚数,则实数x的值为( )
A.-1 B.0 C.1 D.-1或1
答案 A
解析 ∵z为纯虚数,∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x2-1=0,,x-1≠0,))∴x=-1.
3.在复平面内,向量eq \(AB,\s\up6(→))对应的复数是2+i,向量eq \(CB,\s\up6(→))对应的复数是-1-3i,则向量eq \(CA,\s\up6(→))对应的复数是( )
A.1-2i B.-1+2i C.3+4i D.-3-4i
答案 D
解析 eq \(CA,\s\up6(→))=eq \(CB,\s\up6(→))+eq \(BA,\s\up6(→))=-1-3i+(-2-i)=-3-4i.
4.若复数z满足(3+4i)z=1-i(i是虚数单位),则复数z的共轭复数eq \x\t(z)等于( )
A.-eq \f(1,5)-eq \f(7,5)i B.-eq \f(1,5)+eq \f(7,5)i
C.-eq \f(1,25)-eq \f(7,25)i D.-eq \f(1,25)+eq \f(7,25)i
答案 D
解析 由题意可得z=eq \f(1-i,3+4i)=eq \f(1-i3-4i,3+4i3-4i)=eq \f(-1-7i,25),
所以eq \x\t(z)=-eq \f(1,25)+eq \f(7,25)i,故选D.
题组三 易错自纠
5.(2020·山东模拟)已知a+bi(a,b∈R)是eq \f(1-i,1+i)的共轭复数,则a+b等于( )
A.-1 B.-eq \f(1,2) C.eq \f(1,2) D.1
答案 D
解析 由eq \f(1-i,1+i)=eq \f(1-i1-i,1+i1-i)=-i,
从而知a+bi=i,由复数相等得a=0,b=1,
从而a+b=1.
6.(2019·葫芦岛模拟)若复数z满足iz=2-2i(i为虚数单位),则z的共轭复数eq \x\t(z)在复平面内对应的点所在的象限是( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
答案 B
解析 由题意,∵z=eq \f(2-2i,i)=eq \f(2-2i·-i,i·-i)=-2-2i,
∴eq \x\t(z)=-2+2i,则z的共轭复数eq \x\t(z)对应的点在第二象限.故选B.
7.(多选)对于两个复数α=1-i,β=1+i,下列四个结论中正确的是( )
A.αβ=1 B.eq \f(α,β)=-i
C.eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(α,β)))=1 D.α2+β2=0
答案 BCD
解析 对于两个复数α=1-i,β=1+i,
A项,αβ=(1-i)(1+i)=2,故A不正确;
B项,eq \f(α,β)=eq \f(1-i,1+i)=eq \f(1-i1-i,1+i1-i)=eq \f(-2i,2)=-i,故B正确;
C项,eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(α,β)))=eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(-i))=1,故C正确;
D项,α2+β2=(1-i)2+(1+i)2=1-2i-1+1+2i-1=0,故D正确.故正确的结论为BCD.
复数的有关概念
1.(2019·河南省百校联考)已知i为虚数单位,则复数z=eq \f(3+i,1-ii)的虚部为( )
A.i B.2 C.-1 D.-i
答案 C
解析 因为eq \f(3+i,1-ii)=eq \f(3+i1+i,2i)=eq \f(1+2i,i)=2-i,所以z的虚部为-1.
2.(2019·汉中模拟)已知a,b∈R,(a-i)i=b-2i,则a+bi的共轭复数为( )
A.-2-i B.-2+i C.2-i D.2+i
答案 A
解析 由(a-i)i=1+ai=b-2i,得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(1=b,,a=-2,))
∴a+bi=-2+i,其共轭复数为-2-i,故选A.
3.(2020·东莞模拟)已知a为实数,若复数(a+i)(1-2i)为纯虚数,则a等于( )
A.-eq \f(1,2) B.2 C.eq \f(1,2) D.-2
答案 D
解析 (a+i)(1-2i)=a+2+(1-2a)i,
∵复数是纯虚数,∴a+2=0且1-2a≠0,
得a=-2且a≠eq \f(1,2),即a=-2.故选D.
4.(2019·河南省八市重点高中联考)已知复数z=eq \f(1+2i,1+i)+2iz,则|z|等于( )
A.eq \f(\r(2),2) B.eq \f(\r(5),2) C.eq \r(2) D.eq \r(5)
答案 A
解析 由题意得z=eq \f(1+2i,1+i1-2i)=eq \f(1+2i,3-i)=eq \f(1+2i3+i,3-i3+i)=eq \f(1+7i,10),
故|z|=eq \f(1,10)eq \r(12+72)=eq \f(\r(2),2),故选A.
思维升华 复数的基本概念有实部、虚部、虚数、纯虚数、共轭复数、模等,在解题过程中要注意辨析概念的不同,灵活使用条件得出符合要求的解.
复数的运算
命题点1 复数的乘法运算
例1 (1)(2018·全国Ⅲ)(1+i)(2-i)等于( )
A.-3-i B.-3+i C.3-i D.3+i
答案 D
解析 (1+i)(2-i)=2+2i-i-i2=3+i.
(2)i(2+3i)等于( )
A.3-2i B.3+2i C.-3-2i D.-3+2i
答案 D
解析 i(2+3i)=2i+3i2=-3+2i,故选D.
命题点2 复数的除法运算
例2 (1)(2018·全国Ⅱ)eq \f(1+2i,1-2i)等于( )
A.-eq \f(4,5)-eq \f(3,5)i B.-eq \f(4,5)+eq \f(3,5)i
C.-eq \f(3,5)-eq \f(4,5)i D.-eq \f(3,5)+eq \f(4,5)i
答案 D
解析 eq \f(1+2i,1-2i)=eq \f(1+2i2,1-2i1+2i)=eq \f(1-4+4i,1-2i2)
=eq \f(-3+4i,5)=-eq \f(3,5)+eq \f(4,5)i.
故选D.
(2)(2019·全国Ⅲ)若z(1+i)=2i,则z等于( )
A.-1-i B.-1+i C.1-i D.1+i
答案 D
解析 z=eq \f(2i,1+i)=eq \f(2i1-i,1+i1-i)=eq \f(2+2i,2)=1+i.
命题点3 复数的综合运算
例3 (1)(2020·达州模拟)已知z(1+i)=-1+7i(i是虚数单位),z的共轭复数为eq \x\t(z),则|eq \x\t(z)|等于( )
A.eq \r(2) B.3+4i C.5 D.7
答案 C
解析 z=eq \f(-1+7i,1+i)=eq \f(-1+7i1-i,2)=3+4i,
故eq \x\t(z)=3-4i⇒|eq \x\t(z)|=5,故选C.
(2)(2019·天津市实验中学模拟)已知z1=1+i,z2=1-i(i是虚数单位),则 eq \f(z1,z2)+eq \f(z2,z1)=________.
答案 0
解析 eq \f(z1,z2)+eq \f(z2,z1)=eq \f(1+i,1-i)+eq \f(1-i,1+i)=eq \f(2i,2)+eq \f(-2i,2)=0.
思维升华 (1)复数的乘法:复数乘法类似于多项式的乘法运算.
(2)复数的除法:除法的关键是分子分母同乘以分母的共轭复数.
跟踪训练1 (1)已知a∈R,i是虚数单位,若z=eq \r(3)+ai,z·eq \x\t(z)=4,则a为( )
A.1或-1 B.1
C.-1 D.不存在的实数
答案 A
解析 由题意得eq \x\t(z)=eq \r(3)-ai,
故z·eq \x\t(z)=3+a2=4⇒a=±1,故选A.
(2)(2019·晋城模拟)若eq \f(5-3i,1+2i)=m+ni,其中m,n∈R,则m-n等于( )
A.eq \f(14,5) B.eq \f(12,5) C.-eq \f(12,5) D.-eq \f(14,5)
答案 B
解析 依题意,得eq \f(5-3i,1+2i)=eq \f(5-3i1-2i,1+2i1-2i)
=eq \f(5-10i-3i-6,5)=-eq \f(1,5)-eq \f(13,5)i,
所以m=-eq \f(1,5),n=-eq \f(13,5),所以m-n=eq \f(12,5).故选B.
复数的几何意义
例4 (1)(2019·江西省临川第一中学模拟)已知i为虚数单位,复数z满足z(1+i)=2-i,则在复平面上复数z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
答案 D
解析 因为z=eq \f(2-i,1+i)=eq \f(2-i1-i,2)=eq \f(1-3i,2)=eq \f(1,2)-eq \f(3,2)i,
所以复平面上复数z对应的点为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),-\f(3,2))),位于第四象限,故选D.
(2)已知集合A={z|(a+bi)eq \x\t(z)+(a-bi)z+2=0,a,b∈R,z∈C},B={z||z|=1,z∈C},若A∩B=∅,则a,b之间的关系是( )
A.a+b>1 B.a+b<1
C.a2+b2<1 D.a2+b2>1
答案 C
解析 设z=x+yi,x,y∈R,
则(a+bi)(x-yi)+(a-bi)(x+yi)+2=0,
化简整理得,ax+by+1=0,即集合A可看成复平面中直线ax+by+1=0上的点,集合B可看成复平面中圆x2+y2=1上的点,
若A∩B=∅,即直线ax+by+1=0与圆x2+y2=1没有交点,d=eq \f(1,\r(a2+b2))>1,即a2+b2<1,故选C.
思维升华 复数与复平面内的点、向量是一一对应的,要求某个向量对应的复数时,只要找出所求向量的始点和终点,或者用向量相等直接给出结论即可.
跟踪训练2 (1)(2019·临沂模拟)已知eq \f(a,1-i)=-1+bi,其中a,b是实数,则复数a-bi在复平面内对应的点位于( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
答案 B
解析 由eq \f(a,1-i)=-1+bi,
得a=(-1+bi)(1-i)=(b-1)+(b+1)i,
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(b+1=0,,a=b-1,))即a=-2,b=-1,
∴复数a-bi=-2+i在复平面内对应的点的坐标为(-2,1),位于第二象限,故选B.
(2)已知复数z1=-1+2i,z2=1-i,z3=3-2i,它们所对应的点分别为A,B,C,O为坐标原点,若eq \(OC,\s\up6(→))=xeq \(OA,\s\up6(→))+yeq \(OB,\s\up6(→)),则x+y的值是________.
答案 5
解析 由已知得A(-1,2),B(1,-1),C(3,-2),
∵eq \(OC,\s\up6(→))=xeq \(OA,\s\up6(→))+yeq \(OB,\s\up6(→)),
∴(3,-2)=x(-1,2)+y(1,-1)=(-x+y,2x-y),
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(-x+y=3,,2x-y=-2,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x=1,,y=4,))故x+y=5.
1.(2019·葫芦岛模拟)设i是虚数单位,若复数z=1+2i,则复数z的模为( )
A.1 B.2eq \r(2) C.eq \r(3) D.eq \r(5)
答案 D
解析 依题意,|z|=eq \r(12+22)=eq \r(5),故选D.
2.(2019·北京)已知复数z=2+i,则z·eq \x\t(z)等于( )
A.eq \r(3) B.eq \r(5) C.3 D.5
答案 D
解析 ∵z=2+i,∴eq \x\t(z)=2-i,z·eq \x\t(z)=(2+i)(2-i)=5.
故选D.
3.设z=eq \f(1-i,1+i)+2i,则|z|等于( )
A.0 B.eq \f(1,2) C.1 D.eq \r(2)
答案 C
解析 ∵z=eq \f(1-i,1+i)+2i=eq \f(1-i2,1+i1-i)+2i=eq \f(-2i,2)+2i=i,
∴|z|=1.故选C.
4.已知复数z=eq \f(i,1-i),则z+eq \f(\r(2),2)在复平面内对应的点位于( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
答案 A
解析 ∵ z=eq \f(i,1-i)=eq \f(i1+i,1-i1+i)=-eq \f(1,2)+eq \f(1,2)i,
∴ z+eq \f(\r(2),2)=eq \f(\r(2)-1,2)+eq \f(1,2)i,
∴z+eq \f(\r(2),2)在复平面内对应的点的坐标为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(\r(2)-1,2),\f(1,2))),位于第一象限.故选A.
5.(2020·湖南省师范大学附属中学模拟)若复数z=m2+m+(m+1)i是纯虚数,其中m是实数,则eq \f(1,z)等于( )
A.i B.-i C.2i D.-2i
答案 B
解析 复数z=m(m+1)+(m+1)i是纯虚数,
故m(m+1)=0且(m+1)≠0,解得m=0,
故z=i,故eq \f(1,z)=eq \f(1,i)=eq \f(1·i,i·i)=-i.故选B.
6.(2019·安徽江南十校联考)已知复数z满足z2=12+16i,则z的模为( )
A.20 B.12 C.2eq \r(5) D.2eq \r(3)
答案 C
解析 设z=a+bi,a,b∈R,
则由z2=12+16i,得a2-b2+2abi=12+16i,
则eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a2-b2=12,,2ab=16,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=4,,b=2))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=-4,,b=-2,))
即|z|=eq \r(a2+b2)=eq \r(16+4)=2eq \r(5).故选C.
7.(多选)下面是关于复数z=eq \f(2,-1+i)的四个命题,其中的真命题为( )
A.|z|=2 B.z2=2i
C.z的共轭复数为1+i D.z的虚部为-1
答案 BD
解析 ∵z=eq \f(2,-1+i)=eq \f(2-1-i,-1+i-1-i)=-1-i,
∴|z|=eq \r(2),z2=2i,z的共轭复数为-1+i,z的虚部为-1,故选BD.
8.(多选)设z1,z2是复数,则下列命题中的真命题是( )
A.若|z1-z2|=0,则eq \x\t(z)1=eq \x\t(z)2
B.若z1=eq \x\t(z)2,则eq \x\t(z)1=z2
C.若|z1|=|z2|,则z1·eq \x\t(z)1=z2·eq \x\t(z)2
D.若|z1|=|z2|,则zeq \\al(2,1)=zeq \\al(2,2)
答案 ABC
解析 对于A,若|z1-z2|=0,则z1-z2=0,z1=z2,
所以eq \x\t(z)1=eq \x\t(z)2为真;
对于B,若z1=eq \x\t(z)2,则z1和z2互为共轭复数,
所以eq \x\t(z)1=z2为真;
对于C,设z1=a1+b1i,z2=a2+b2i,
若|z1|=|z2|,则eq \r(a\\al(2,1)+b\\al(2,1))=eq \r(a\\al(2,2)+b\\al(2,2)),即aeq \\al(2,1)+beq \\al(2,1)=aeq \\al(2,2)+beq \\al(2,2),
所以z1·eq \x\t(z)1=aeq \\al(2,1)+beq \\al(2,1)=aeq \\al(2,2)+beq \\al(2,2)=z2·eq \x\t(z)2,所以z1·eq \x\t(z)1=z2·eq \x\t(z)2为真;
对于D,若z1=1,z2=i,
则|z1|=|z2|,而zeq \\al(2,1)=1,zeq \\al(2,2)=-1,
所以zeq \\al(2,1)=zeq \\al(2,2)为假.
故选ABC.
9.(2019·天津市南开区模拟)已知复数z=eq \f(3-2i,1-i),i为虚数单位,则|z|2=________.
答案 eq \f(13,2)
解析 ∵z=eq \f(3-2i,1-i)=eq \f(3-2i1+i,1-i1+i)=eq \f(5+i,2),
∴|z|2=eq \f(25,4)+eq \f(1,4)=eq \f(13,2).
10.(2020·武汉模拟)eq \f(1-i2 021,1+i)=________.
答案 -i
解析 eq \f(1-i2 021,1+i)=eq \f(1-i,1+i)=eq \f(1-i2,1-i1+i)=eq \f(-2i,2)=-i.
11.如图所示,在复平面内,网格中的每个小正方形的边长都为1,点A,B对应的复数分别是z1,z2,则|z1-z2|=________.
答案 2eq \r(2)
解析 由图象可知z1=i,z2=2-i,
故|z1-z2|=|-2+2i|=eq \r(-22+22)=2eq \r(2).
12.已知复数z=bi(b∈R),eq \f(z-2,1+i)是实数,i是虚数单位.
(1)求复数z;
(2)若复数(m+z)2所表示的点在第一象限,求实数m的取值范围.
解 (1)因为z=bi(b∈R),
所以eq \f(z-2,1+i)=eq \f(bi-2,1+i)=eq \f(bi-21-i,1+i1-i)
=eq \f(b-2+b+2i,2)=eq \f(b-2,2)+eq \f(b+2,2)i.
又因为eq \f(z-2,1+i)是实数,所以eq \f(b+2,2)=0,
所以b=-2,即z=-2i.
(2)因为z=-2i,m∈R,
所以(m+z)2=(m-2i)2=m2-4mi+4i2
=(m2-4)-4mi,
又因为复数(m+z)2所表示的点在第一象限,
所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(m2-4>0,,-4m>0,))解得m<-2,
即m∈(-∞,-2).
13.若复数z=eq \f(a+i,1+i)(i是虚数单位)在复平面内对应的点在第一象限,则实数a的取值范围是( )
A.(-∞,-1) B.(1,+∞)
C.(-1,1) D.(-∞,-1)∪(1,+∞)
答案 C
解析 由题意得
z=eq \f(a+i,1+i)=eq \f(a+i1-i,1+i1-i)=eq \f(a+1+1-ai,2),
因为z在复平面内对应的点在第一象限,
所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a+1>0,,1-a>0,))所以-114.已知a∈R,i是虚数单位,若复数z=eq \f(a+\r(3)i,\r(3)+i)∈R,则复数z=________.
答案 eq \r(3)
解析 ∵复数z=eq \f(a+\r(3)i,\r(3)+i)=eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(a+\r(3)i))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\r(3)-i)),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\r(3)+i))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\r(3)-i)))
=eq \f(\r(3)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1+a))+3-ai,4)=eq \f(\r(3)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1+a)),4)+eq \f(3-a,4)i∈R,
∴eq \f(3-a,4)=0,即a=3.
则复数z=eq \f(\r(3)1+a,4)=eq \f(4\r(3),4)=eq \r(3).
15.给出下列命题:
①若z∈C,则z2≥0;
②若a,b∈R,且a>b,则a+i>b+i;
③若a∈R,则(a+1)i是纯虚数;
④若z=-i,则z3+1在复平面内对应的点位于第一象限.
其中正确的命题是________.(填上所有正确命题的序号)
答案 ④
解析 由复数的概念及性质知,①错误;②错误;
若a=-1,则a+1=0,不满足纯虚数的条件,③错误;
z3+1=(-i)3+1=i+1,④正确.
16.(2019·张家口调研)已知复数z满足:z2=3+4i,且z在复平面内对应的点位于第三象限.
(1)求复数z;
(2)设a∈R,且eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1+z,1+\x\t(z))))2 021+a))=2,求实数a的值.
解 (1)设z=c+di(c<0,d<0),
则z2=(c+di)2=c2-d2+2cdi=3+4i,
∴eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(c2-d2=3,,2cd=4,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(c=-2,,d=-1))或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(c=2,,d=1))(舍去).
∴z=-2-i.
(2)∵eq \x\t(z)=-2+i,∴eq \f(1+z,1+\x\t(z))=eq \f(-1-i,-1+i)=eq \f(1+i,1-i)=eq \f(1+i2,2)=i,
∴eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1+z,1+\x\t(z))))2 021=i2 021=i2 020+1=i505×4+1=i,
∴|a+i|=eq \r(a2+1)=2,∴a=±eq \r(3).满足条件(a,b为实数)
复数的分类
a+bi为实数⇔b=0
a+bi为虚数⇔b≠0
a+bi为纯虚数⇔a=0且b≠0
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