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SHANGHAI MATHEMATICS · SECTION 9.1

学生阅读版 / 沪教版高中数学

复数及其四则运算.

必修第二册
第9章复数 · 保留教材主线与原题

1 个阅读模块8 个例题26 道练习与习题
9.1

复数及其四则运算

教材与正式教参整合

复数

复数是人类理性思维的演绎成果, 它的产生首先是因为数学家解决数学自身问题的需要, 在很长的一段时间内, 人们并不清楚它与现实世界到底有怎样的联系. 后来,数学家建立了复数与向量, 即复数与几何的关联, 在大学学习力学和电磁学时, 会看到复数在其中的重要作用, 复数在数学及其他科学领域中也越来越体现出它的重要性. 现在, 复数已经成为数学工作者与许多领域的科技人员熟练掌握并广泛应用的基本数学工具.

1 复数的引入与复数的四则运算

即规定 是 -1 的一个平方根. 更一般地,把任意 与虚数单位 的乘积记为 ,并规定虚数单位与实数间的乘法满足交换律与结合律. 对于 ,我们有,

即 是 的一个平方根. 只要 就是一个负数,而且任何负数都具有这个形式. 因此, 引进虚数单位后, 我们得到了所有负数的平方根.

一个实数 可以与形如 的数相加,规定把它们的和用实系数二项式的形式表示成 .

全体复数构成的集合用字母 表示.

我们约定:

(1)复数 且 ;

(2)复数 且 .

在前面规定的实数与虚数单位之间的乘法以及实数与 形式的复数的加法基础上, 可以定义两个复数之间的加法、减法和乘法.

两个复数相乘,可按多项式相乘,再用条件 化简整理所得的结果. 因此,如果 ,那么

复数加法与乘法满足交换律、结合律与乘法对加法的分配律.

虽然这里列出了复数加法、减法和乘法的公式, 但在实际计算中, 其实不必硬记并套用公式, 用多项式运算的方式直接解题也是非常简洁的.

例题 1

例 1 计算:

(1)(1+3i)+(-4+2i);

(2)(3-2i)-(3+2i);

(3) ;

(4) .

例题 2

例 2 计算:

(1) ;

(2) .

例题 3

例 3 (1)计算虚数单位 i 的整数次幂,并找出规律;

(2)对任意整数 ,计算 .

例题 4

例 4 计算: .

练习 9.1(1)

练习9.1(1) · 1
  1. 已知 ,其中 、 . 求 、 的值.
练习9.1(1) · 2
  1. 计算:

(1) ; (2) ;

(3) ;___ (4) ;

(5) ; (6) .

2 复数的实部、虚部与共轭

我们已经引入了复数并介绍了复数的四则运算, 本小节将进一步介绍与复数有关的一些概念, 以期对复数及其运算有更好的把握与理解.

实数是虚部等于零的复数, 因此, 实数集合是复数集合的子集,并且是一个真子集,即 .

复数可以按以下方式分类:

例题 5

例 5 填写下表:

是否复数是否实数是否虚数是否纯虚数
-0.5i
0
2i-5
例题 6

例 6 求实数 的值或取值范围,使得复数

分别是:

(1)实数; (2)虚数;

(3)纯虚数; (4) 0 .

例题 7

例 7 设 是复数,求证: 是 的充要条件.

例题 8

例 8 设 . 求复数 ,使得 .

练习 9.1(2)

练习9.1(2) · 1
  1. 对复数 ,验证: .
练习9.1(2) · 2
  1. 在下列复数中, 哪些是实数? 哪些是虚数? 哪些是纯虚数? 各数的实部和虚部分别是什么?
练习9.1(2) · 3
  1. 下列关于复数 和 的命题是真命题还是假命题? 请给出结论并说明理由.

(1) 一定是实数; (2) 一定是纯虚数;

(3)若 ,则 是实数; (4)若 ,则 是纯虚数.

练习9.1(2) · 4
  1. 求实数 的值或取值范围,使得复数 分别是:

(1)实数; (2)虚数; (3)纯虚数.

习题 9.1

A 组

习题9.1A · 1
  1. 已知复数 ,其中 . 求 的值.
习题9.1A · 2
  1. 已知 ,其中 . 求 的值.
习题9.1A · 3
  1. 计算:

(1) ;___ (2) ;

(3) ;

(4) ; (5) ;

(6) ; (7) ;

(8) ; (9) .

习题9.1A · 4
  1. 用复数乘法公式验证: 若 ,则 .
习题9.1A · 5
  1. 已知复数 ,其中 . 若 ,求 的值.
习题9.1A · 6
  1. 设实数 使得 ,求 的值.
习题9.1A · 7
  1. 已知实数 使得 ,求 的值.
习题9.1A · 8
  1. 求复数 与复数 的乘积的共轭复数.
习题9.1A · 9
  1. 若复数 ,且 为纯虚数,求 的值.
习题9.1A · 10
  1. 已知复数 ,求 的值.
习题9.1A · 11
  1. 求实数 的值,使得复数 分别是:

(1)实数; (2)纯虚数; (3)零.

习题9.1A · 12
  1. 已知 ,其中 . 求 的值.

B 组

习题9.1B · 1
  1. 计算:

(1) ; (2) ;

(3) .

习题9.1B · 2
  1. 已知复数 及 ,且复数 满足 . 求 .
习题9.1B · 3
  1. 已知复数 等于 ,其中 . 求 的值.
习题9.1B · 4
  1. 已知 ,其中 . 求 的值.
习题9.1B · 5
  1. 是否存在实数 ,使得复数 分别满足下列条件? 若存在,求出 的值或取值范围; 若不存在,请说明理由.

(1) 是实数; (2) 是虚数;

(3) 是纯虚数; (4)z 是零.

习题9.1B · 6
  1. 选择题:

(1)设 ,则 “ 中至少有一个虚数” 是 “ 为虚数” 的(C) ( )

A. 充分非必要条件; B. 必要非充分条件;

C. 充要条件; D. 既非充分也非必要条件.

(2)若实数 使得(1-i)+(1+i) ,则 ( )

A. ; B. ;

C. 且 ; D. 可以是任意实数.

习题9.1B · 7
  1. 如果复数 满足 ,求 .
习题9.1B · 8
  1. 设复数 ,其中 且 . 求证: 是纯虚数.
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