本文由 zgy19800304 收集发布，转载请注明出处，如有问题请联系我们！高中数学选修2-2课时作业：第三章 数系的扩充与复数的引入3.1.1数系的扩充和复数的概念 Word版含解析

3.1.1　数系的扩充和复数的概念
明目标、知重点
1．了解引进虚数单位i的必要性，了解数集的扩充过程．
2．理解在数系的扩充中由实数集扩展到复数集出现的一些基本概念．
3．掌握复数代数形式的表示方法，理解复数相等的充要条件．
1．复数的有关概念
(1)复数
①定义：形如a＋bi的数叫做复数，其中a，b∈R，i叫做虚数单位．a叫做复数的实部，b叫做复数的虚部．
②表示方法：复数通常用字母z表示，即z＝a＋bi.
(2)复数集
①定义：全体复数所成的集合叫做复数集．
②表示：通常用大写字母C表示．
2．复数的分类及包含关系
(1)复数(a＋bi，a，b∈R)
(2)集合表示：
3．复数相等的充要条件
设a，b，c，d都是实数，那么a＋bi＝c＋di⇔a＝c且b＝d.
情境导学]
为解决方程x2＝1，数系从有理数扩充到实数；数的概念扩充到实数集后，人们发现在实数范围内很多问题还不能解决，如从解方程的角度看，象x2＝－1这个方程在实数范围内就无解，那么怎样解决方程x2＝－1在实数系中无根的问题呢？我们能否将实数集进行扩充，使得在新的数集中，该问题能得到圆满解决呢？本节我们就来研究这个问题．
探究点一　复数的概念
思考1　为解决方程x2＝2，数系从有理数扩充到实数；那么怎样解决方程x2＋1＝0在实数系中无根的问题呢？
答　设想引入新数i，使i是方程x2＋1＝0的根，即i·i＝－1，方程x2＋1＝0有解，同时得到一些新数．
思考2　如何理解虚数单位i?
答　(1)i2＝－1.
(2)i与实数之间可以运算，亦适合加、减、乘的运算律．
(3)由于i2＜0与实数集中a2≥0(a∈R)矛盾，所以实数集中很多结论在复数集中不再成立．
(4)若i2＝－1，那么i4n＋1＝i，i4n＋2＝－1，i4n＋3＝－i，i4n＝1.
思考3　什么叫复数？怎样表示一个复数？
答　形如a＋bi(a，b∈R)的数叫做复数，复数通常用字母z表示，即z＝a＋bi，这一表示形式叫做复数的代数形式，其中a、b分别叫做复数z的实部与虚部．
思考4　什么叫虚数？什么叫纯虚数？
答　对于复数z＝a＋bi(a，b∈R)，当b≠0时叫做虚数；当a＝0且b≠0时，叫做纯虚数．
思考5　复数m＋ni的实部、虚部一定是m、n吗？
答　不一定，只有当m∈R，n∈R，则m、n才是该复数的实部、虚部．
例1　请说出下列复数的实部和虚部，并判断它们是实数，虚数还是纯虚数．
①2＋3i；②－3＋i；③＋i；④π；⑤－i；⑥0.
解　①的实部为2，虚部为3，是虚数；②的实部为－3，虚部为，是虚数；③的实部为，虚部为1，是虚数；④的实部为π，虚部为0，是实数；⑤的实部为0，虚部为－，是纯虚数；⑥的实部为0，虚部为0，是实数．
反思与感悟　复数a＋bi中，实数a和b分别叫做复数的实部和虚部．特别注意，b为复数的虚部而不是虚部的系数，b连同它的符号叫做复数的虚部．
跟踪训练1　符合下列条件的复数一定存在吗？若存在，请举出例子；若不存在，请说明理由．
(1)实部为－的虚数；
(2)虚部为－的虚数；
(3)虚部为－的纯虚数；
(4)实部为－的纯虚数．
解　(1)存在且有无数个，如－＋i等；(2)存在且不唯一，如1－i等；(3)存在且唯一，即－i；(4)不存在，因为纯虚数的实部为0.
例2　当实数m为何值时，复数z＝＋(m2－2m)i为(1)实数；(2)虚数；(3)纯虚数．
解　(1)当，即m＝2时，复数z是实数；
(2)当
即m≠0且m≠2时，复数z是虚数；
(3)当，
即m＝－3时，复数z是纯虚数．
反思与感悟　利用复数的概念对复数分类时，主要依据实部、虚部满足的条件，可列方程或不等式求参数．
跟踪训练2　实数m为何值时，复数z＝＋(m2＋2m－3)i是(1)实数；(2)虚数；(3)纯虚数．
解　(1)要使z是实数，m需满足m2＋2m－3＝0，且有意义即m－1≠0，解得m＝－3.
(2)要使z是虚数，m需满足m2＋2m－3≠0，且有意义即m－1≠0，解得m≠1且m≠－3.
(3)要使z是纯虚数，m需满足＝0，m－1≠0，
且m2＋2m－3≠0，
解得m＝0或m＝－2.
探究点二　两个复数相等
思考1　两个复数能否比较大小？
答　如果两个复数不全是实数，那么它们不能比较大小．
思考2　两个复数相等的充要条件是什么？
答　复数a＋bi与c＋di相等的充要条件是a＝c且b＝d(a，b，c，d∈R)．
例3　已知x，y均是实数，且满足(2x－1)＋i＝－y－(3－y)i，求x与y.
解　由复数相等的充要条件得
解得
反思与感悟　两个复数相等，首先要分清两复数的实部与虚部，然后利用两个复数相等的充要条件可得到两个方程，从而可以确定两个独立参数．
跟踪训练3　已知＝(x2－2x－3)i(x∈R)，求x的值．
解　由复数相等的定义得
解得：x＝3，
所以x＝3为所求．
1．已知复数z＝a2－(2－b)i的实部和虚部分别是2和3，则实数a，b的值分别是(　　)
A.，1 B.，5
C．±，5 D．±，1
答案　C
解析　令，得a＝±，b＝5.
2．下列复数中，满足方程x2＋2＝0的是(　　)
A．±1 B．±i
C．±i D．±2i
答案　C
3．如果z＝m(m＋1)＋(m2－1)i为纯虚数，则实数m的值为(　　)
A．1 B．0
C．－1 D．－1或1
答案　B
解析　由题意知，
∴m＝0.
4．下列几个命题：
①两个复数相等的一个必要条件是它们的实部相等；
②两个复数不相等的一个充分条件是它们的虚部不相等；
③1－ai(a∈R)是一个复数；
④虚数的平方不小于0；
⑤－1的平方根只有一个，即为－i；
⑥i是方程x4－1＝0的一个根；
⑦i是一个无理数．
其中正确命题的个数为(　　)
A．3 B．4 C．5 D．6
答案　B
解析　命题①②③⑥正确，④⑤⑦错误．
呈重点、现规律]
1．对于复数z＝a＋bi(a，b∈R)，可以限制a，b的值得到复数z的不同情况；
2．两个复数相等，要先确定两个复数的实、虚部，再利用两个复数相等的条件进行判断．
一、基础过关
1．设a，b∈R.“a＝0”是“复数a＋bi是纯虚数”的(　　)
A．充分而不必要条件 B．必要而不充分条件
C．充分必要条件 D．既不充分也不必要条件
答案　B
解析　因为a，b∈R.“a＝0”时“复数a＋bi不一定是纯虚数”．
“复数a＋bi是纯虚数”则“a＝0”一定成立．
所以a，b∈R.“a＝0”是“复数a＋bi是纯虚数”的必要而不充分条件．
2．下列命题正确的是(　　)
A．若a∈R，则(a＋1)i是纯虚数
B．若a，b∈R且a>b，则a＋i>b＋i
C．若(x2－1)＋(x2＋3x＋2)i是纯虚数，则实数x＝±1
D．两个虚数不能比较大小
答案　D
解析　对于复数a＋bi(a，b∈R)，
当a＝0且b≠0时为纯虚数．
在A中，若a＝－1，则(a＋1)i不是纯虚数，故A错误；
在B中，两个虚数不能比较大小，故B错误；
在C中，若x＝－1，不成立，故C错误；D正确．
3．以－＋2i的虚部为实部，以i＋2i2的实部为虚部的新复数是(　　)
A．2－2i B．－＋i
C．2＋i D.＋i
答案　A
解析　设所求新复数z＝a＋bi(a，b∈R)，
由题意知：复数－＋2i的虚部为2；复数i＋2i2＝i＋2×(－1)＝－2＋i的实部为－2，则所求的z＝2－2i.故选A.
4．若(x＋y)i＝x－1(x，y∈R)，则2x＋y的值为(　　)
A. B．2 C．0 D．1
答案　D
解析　由复数相等的充要条件知，
解得∴x＋y＝0.∴2x＋y＝20＝1.
5．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　由复数z＝(x2－1)＋(x－1)i为纯虚数得解得x＝－1.
6．设m∈R，m2＋m－2＋(m2－1)i是纯虚数，其中i是虚数单位，则m＝________.
答案　－2
解析　⇒m＝－2.
7．已知(2x－y＋1)＋(y－2)i＝0，求实数x，y的值．
解　∵(2x－y＋1)＋(y－2)i＝0，
∴解得
所以实数x，y的值分别为，2.
二、能力提升
8．若(x2－1)＋(x2＋3x＋2)i是纯虚数，则实数x的值是(　　)
A．1 B．－1 C．±1 D．－1或－2
答案　A
解析　由题意，得解得x＝1.
9．z1＝－3－4i，z2＝(n2－3m－1)＋(n2－m－6)i，且z1＝z2，则实数m＝________，n＝________.
答案　2　±2
解析　由z1＝z2得，解得.
10．已知集合M＝{1,2，(a2－3a－1)＋(a2－5a－6)i}，N＝{－1,3}，若M∩N＝{3}，则实数a＝________.
答案　－1
解析　由M∩N＝{3}知，3∈M，即有(a2－3a－1)＋(a2－5a－6)i＝3，所以解得a＝－1.
11．实数m分别为何值时，复数z＝＋(m2－3m－18)i是(1)实数；(2)虚数；(3)纯虚数．
解　(1)要使所给复数为实数，必使复数的虚部为0.
故若使z为实数，则，
解得m＝6.所以当m＝6时，z为实数．
(2)要使所给复数为虚数，必使复数的虚部不为0.
故若使z为虚数，则m2－3m－18≠0，且m＋3≠0，
所以当m≠6且m≠－3时，z为虚数．
(3)要使所给复数为纯虚数，必使复数的实部为0，虚部不为0.
故若使z为纯虚数，则，
解得m＝－或m＝1.
所以当m＝－或m＝1时，z为纯虚数．
12．设z1＝m2＋1＋(m2＋m－2)i，z2＝4m＋2＋(m2－5m＋4)i，若z1解　由于z1∴z1∈R且z2∈R，
当z1∈R时，m2＋m－2＝0，m＝1或m＝－2.
当z2∈R时，m2－5m＋4＝0，m＝1或m＝4，
∴当m＝1时，z1＝2，z2＝6，满足z1∴z1三、探究与拓展
13．如果(m＋n)－(m2－3m)i>－1，如何求自然数m，n的值？
解　因为(m＋n)－(m2－3m)i>－1，所以(m＋n)－(m2－3m)i是实数，
从而有
由①得m＝0或m＝3，
当m＝0时，代入②得n<2，又m＋n>0，所以n＝1；
当m＝3时，代入②得n<－1，与n是自然数矛盾，
综上可得m＝0，n＝1.