高2下册人教版数学 3.2 复数代数形式的四则运算(第1课时) 逐字稿-5,279字

  师:好,上课。各位同学大家好,今天由我带领大家学习高中人教A版数学选修2 - 2复数代数形式的四则运算第一课时。首先,我们回忆一下上节课学了哪些内容。

  我们引入了虚数单位(i),规定(i^2 = -1),进而得到复数的代数形式(z = a + bi),其中(a,b\in R),(a)是实部,(b)是虚部。当(b = 0)时,复数(z)是实数;当(b\neq0)时,复数(z)是虚数;当(a = 0)且(b\neq0)时,它是纯虚数。

  我们还学习了复数的几何意义,复数(z = a + bi)与平面上的点((a,b))一一对应,也与向量(\overrightarrow{OZ}=(a,b))一一对应。最后,我们学习了复数的模,复数的模(\vert z\vert = \sqrt{a^2 + b^2})。

  把实数系扩充到复数系后,复数系中有怎样的运算呢?我们先来看第一个问题,类比实数的运算法则,能否得到复数的运算法则?实数中有加减乘除基本运算,复数中是否也有呢?我们从加法开始考虑。

  我们规定复数的加法法则:对于两个复数(Z_1 = a + bi),(Z_2 = c + di)((a,b,c,d)都是实数),它们的和(Z_1 + Z_2 = (a + c)+(b + d)i)。可以发现,复数加法实质就是实部与实部相加,虚部与虚部相加,结果仍是复数,类似于多项式中的合并同类项。

  了解了复数加法运算,我们做个简单练习。计算(2 + 4i + 3 - 5i),根据加法法则,先找出实部(2)和(3),虚部(4)和(-5),则((2 + 3)+(4 - 5)i = 5 - i)。

  再看几个判断:两个实数的和是实数,没问题;两个复数的和是复数,这在规定中已有体现,也没问题;那两个虚数的和是虚数,这句话对吗?比如(Z_1 = i),(Z_2 = -i),(Z_1 + Z_2 = 0),不是虚数,所以这句话不正确。

  了解两个复数加法后,三个复数如何运算呢?给出三个复数(Z_1)、(Z_2)、(Z_3),(Z_1 = A_1 + B_1i),(Z_2 = A_2 + B_2i),(Z_3 = A_3 + B_3i)。三个复数相加,不妨先考虑(Z_1)和(Z_2)的和,(Z_1 + Z_2 = (A_1 + A_2)+(B_1 + B_2)i),那三个复数的和就可理解为((Z_1 + Z_2)+Z_3),即把三个复数的和转化为求两个复数的和。同理,四个、五个复数的和等都能这样计算。

  明确复数加法法则后,实数加法有交换律和结合律,复数加法的交换律和结合律是否依然成立呢?

  先看交换律,对于两个复数(Z_1 = A_1 + B_1i),(Z_2 = A_2 + B_2i),(Z_1 + Z_2 = (A_1 + A_2)+(B_1 + B_2)i),(Z_2 + Z_1 = (A_2 + A_1)+(B_2 + B_1)i),因为(A_1 + A_2 = A_2 + A_1),虚部也相同,所以(Z_1 + Z_2 = Z_2 + Z_1),复数加法符合交换律。

  再看结合律,给出三个复数(Z_1 = A_1 + B_1i),(Z_2 = A_2 + B_2i),(Z_3 = A_3 + B_3i),((Z_1 + Z_2)+Z_3 = (A_1 + A_2 + A_3)+(B_1 + B_2 + B_3)i),(Z_1 + (Z_2 + Z_3) = (A_1 + A_2 + A_3)+(B_1 + B_2 + B_3)i),实部和虚部都相等,所以结合律也满足。

  了解复数加法交换律和结合律后,思考复数加法是否有几何意义。上节课提到复数与向量一一对应,向量加法有几何意义。假设复数(Z_1)、(Z_2)对应的向量是(\overrightarrow{OZ_1})和(\overrightarrow{OZ_2}),(Z_1 = a + bi),(Z_2 = c + di),(\overrightarrow{OZ_1}=(a,b)),(\overrightarrow{OZ_2}=(c,d)),根据向量平行四边形法则,(\overrightarrow{OZ_1} + \overrightarrow{OZ_2}=\overrightarrow{OZ}=(a + c,b + d)),而(Z_1 + Z_2 = (a + c)+(b + d)i),两个复数的和与两个向量的和形成一一对应关系,所以复数加法能按向量加法进行,这就是复数加法的几何意义。

  思考复数(Z_1 + Z_2)的模的几何意义,(Z_1 + Z_2)对应的是(\overrightarrow{OZ}),其模就是(\overrightarrow{OZ})的模,即平行四边形对角线的长度。

  实数中有减法,结合复数加法法则,能否给出复数的减法法则呢?复数的减法是复数加法的逆运算,满足((c + di)+(x + yi)=a + bi),(x + yi)就叫做复数(a + bi)减去复数(c + di)的差,即((a + bi)-(c + di))。

  根据加法法则,(c + x = a),(d + y = b),所以(x = a - c),(y = b - d),则((a + bi)-(c + di)=(a - c)+(b - d)i),与加法法则类似,本质仍是实部与实部相减,虚部与虚部相减,得到一个确定的复数。

  做个练习,计算(2 + 4i-(3 + i)),实部(2 - 3 = -1),虚部(4 - 1 = 3),结果是(-1 + 3i)。

  类比复数加法几何意义,探究复数减法的几何意义。在复平面中画出向量(\overrightarrow{OZ_1})和(\overrightarrow{OZ_2}),对应复数(Z_1 = a + bi),(Z_2 = c + di),(\overrightarrow{OZ_1}-\overrightarrow{OZ_2}=\overrightarrow{Z_2Z_1}=(a - c,b - d)),而(Z_1 - Z_2 = (a - c)+(b - d)i),两个向量的差与两个复数的差一一对应,所以复数减法能按向量减法进行,这就是复数减法的几何意义。

  思考复数(Z_1 - Z_2)模长的几何意义,(Z_1 - Z_2)对应的向量是(\overrightarrow{Z_2Z_1}),其模长与(\overrightarrow{Z_2Z_1})模长相同,即三角形中线段(Z_2Z_1)的长度。

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