【教学目标】
1.理解并掌握复数减法法则和它的几何意义。
2.渗透转化,数形结合等数学思想和方法,提高分析、解决问题能力。
3.培养学生良好思维品质(思维的严谨性,深刻性,灵活性等)。
【教学过程】
(一)引入新课
上节课我们学习了复数加法法则及其几何意义,今天我们研究的课题是复数减法及其几何意义。(板书课题:复数减法及其几何意义)
(二)复数减法
复数减法是加法逆运算,那么复数减法法则为(a+bi)-(c+di)=(a-c)+(b-d)i1.复数减法法则
(1)规定:复数减法是加法逆运算。
(2)法则:(a+bi)-(c+di)=(a-c)+(b-d)i(a,b,c,d∈R)。
把(a+bi)-(c+di)看成(a+bi)+(-1)(c+di)如何推导这个法则。
(a+bi)-(c+di)=(a+bi)+(-1)(c+di)=(a+bi)+(-c-di)=(a-c)+(b-d)i。
推导的想法和依据把减法运算转化为加法运算。
推导:设(a+bi)-(c+di)=x+yi(x,y∈R)。即复数x+yi为复数a+bi减去复数c+di的差。由规定,得(x+yi)+(c+di)=a+bi,依据加法法则,得(x+c)+(y+d)i=a+bi,依据复数相等定义,得x+c=a,y+d=bx=a-c,y=b-d.
故(a+bi)-(c+di)=(a-c)+(b-d)i。这样推导每一步都有合理依据。
我们得到了复数减法法则,两个复数的差仍是复数。是唯一确定的复数。
复数的加(减)法与多项式加(减)法是类似的。就是把复数的实部与实部,虚部与虚部分别相加(减),即(a+bi)±(c+di)=(a±c)+(b±d)i。
(三)复数减法几何意义
我们有了做复数减法的依据——复数减法法则,那么复数减法的几何意义是什么?
设z=a+bi(a,b∈R),z1=c+di(c,d∈R),对应向量分别为OZ,OZ1如图由于复数减法是加法的逆运算,设z=(a-c)+(b-d)i,所以z-z1=z2,z2+z1=z,由复数加法几何意义,以OZ为一条对角线,OZ1为一条边画平行四边形,那么这个平行四边形的另一边OZ2所表示的向量OZ2就与复数z-z1的差(a-c)+(b-d)i对应,如图。
在这个平行四边形中与z-z1差对应的向量是只有向量OZ2吗?
还有ZZ。因为OZ2?瘙綊Z1Z,所以向量Z1Z,也与z-z1差对应。向量Z1Z2是以Z1为起点,Z为终点的向量。
能概括一下复数减法几何意义是:两个复数的差z-z1与连接这两个向量终点并指向被减数的向量对应。
(四)应用举例
例1设z1=-2+5i,z2=3+2i,分别用代数及几何方法计算z1=z2.
解z1-z2=(-2+5i)-(3+2i)=(-2+5i)-(3-2i)=(-2-3)+[5-(-2)]i=-5+7i.
在直角坐标系中标Z1(-2,5),连接OZ1,向量OZ1与多数z1对应,标点Z2(3,2),Z2关于x轴对称点Z2(3,-2),向量OZ2与复数z2对应,连接Z2Z1,向量Z2Z1与z1-z2的差对应(如图)。
例2根据复数的几何意义及向量表示,求复平面内两点间的距离公式。
解:设复平面内的任意两点Z1,Z2分别表示复数z1,z2,那么Z1Z2就是复数z2-z1对应的向量,点Z1,Z2之间的距离就是向量Z1Z2的模,即复数z2-z1的模。如果用d表示点Z1,Z2之间的距离,那么d=|z2-z1|.例3在复平面内,满足下列复数形式方程的动点Z的轨迹是什么。
(1)|z-1-i|=|z+2+i|;
方程左式可以看成|z-(1+i)|,是复数Z与复数1+i差的模。
几何意义是动点Z与定点(1,1)间的距离。方程右式也可以写成|z-(-2-i)|,是复数z与复数-2-i差的模,也就是动点Z与定点(-2,-1)间距离。这个方程表示的是到两点(+1,1),(-2,-1)距离相等的点的轨迹方程,这个动点轨迹是以点(+1,1),(-2,-1)为端点的线段的垂直平分线。
(2)|z+i|+|z-i|=4;
方程可以看成|z-(-i)|+|z-i|=4,表示的是到两个定点(0,-1)和(0,1)距离和等于4的动点轨迹。满足方程的动点轨迹是椭圆。
(3)|z+2|-|z-2|=1.
这个方程可以写成|z-(-2)|-|z-2|=1,所以表示到两个定点(-2,0),(2,0)距离差等于1的点的轨迹,这个轨迹是双曲线。是双曲线右支。
由z1-z2几何意义,将z1-z2取模得到复平面内两点间距离公式d=|z1-z2|,由此得到线段垂直平分线,椭圆、双曲线等复数方程。使有些曲线方程形式变得更为简捷。且反映曲线的本质特征。
例4设动点Z与复数z=x+yi对应,定点P与复数p=a+bi对应。求(1)复平面内圆的方程。
解:设定点P为圆心,r为半径,如图
由圆的定义,得复平面内圆的方程|z-p|=r.(2)复平面内满足不等式|z-p|<r(r∈R+)的点Z的集合是什么图形?
解:复平面内满足不等式|z-p|<r(r∈R+)的点的集合是以P为圆心,r为半径的圆面部分(不包括周界)。利用复平面内两点间距离公式,可以用复数解决解析几何中某些曲线方程。不等式等问题。
(五)小结
我们通过推导得到复数减法法则,并进一步得到了复数减法几何意义,应用复数减法几何意义和复平面内两点间距离公式,可以用复数研究解析几何问题,不等式以及最值问题。
(六)布置作业P193习题二十七:2,3,8,9
【习题精选】
一、选择题
1.复平面内两点Z1和Z2分别对应于复数3+4i和5-2i,那么向量ZZ2对应的复数是.A.3+4iB.5-2iC.-2+6iD.-6i
2.已知f(z)=1-z,且z1=2+3i,z2=5-i,则f(z1-z2)的值是.A.-3+4iB.3-4iC.4-4iD.4+4i
3.已知|z|=1,则|z+i|+|z-6|最小值是.A.7 B.37C.6 D.5
4.在复平面内,若复数z满足|z+1|+|1+iz|,则z在复平面对应点的轨迹是。
A.直线B.圆C.椭圆D.双曲线
5.平行四边形ABCD中,点A、B、C分别对应复数2+i,4+3i,3+5i,点D对应的复数是.
A.2+3iB.3+4iC.1+3iD.1+4i
参考答案
1.D2.C 3.B 4.A 5.C
二、填空题
1.已知复数z满足|z+3+4i|=2,则|z|的最大值是.
2.若|z1|=5,z2=1-2i,且z1·z2为实数,则z1=.
3.如右图,设向量OP,PQ,OQ所对应的复数分别为z1,z2,z3,那么z1+z2+z3=.
4.复数z满足|z|=1,且ω2z+3-4,复数ω在复平面内对应点的图形是.
5.非零复数z1z2在复平面内分别对应于A、B两点,而且|z1+z2|=|z1-z2|,则△OAB(O是原点)形状是.
答案:
1.7 2.1+2i或-1-2i3.04.以(3,-4)为圆心,2为半径的圆5.直角三角形
三、解答题
1.已知|z-3|+|z+3|=10,且|z-5i|-|z+5i|=8(z∈C).求复数z.
2.已知复数z=2+ai(a∈R),求|z+1-2i|+|z-1+i|的最小值以及取得最小值时z的值。
3.设复数z=(1+i)3(a+bi)1-i,且|z|=4,z在复平面上的对应点Z在第一象限,z在复平面上的对应点为Z,若原点O与ZZ是正三角形的三个顶点,求实数a,b的值。
4.已知x,y∈R,复数z1=2x-(x-y)i,z2=2y+(4x+i)i.当z1i-z2=-2(1-i)时:(1)求|z1·z2|;
(2)求(z1-z2)5的值。
参考答案
1.解:由|z-3|+|z+3|=10知,点z在椭圆x225+y216=1上,由|z-5i|-|z+5i|知,点z在-x29+y216=1的下支上,∴点z在椭圆与双曲线的交点(0,-4),∴z=-4i
2.解:∵z=2+ai(a∈R)∴z的对应点z1在直线x=2.∴(z+1-2i)+|z-1+i|的几何意义是点Z1到M1(-1,2)与M2(1,-1)的距离和,问题转化为在直线x=2上求一点到M1,M2的距离和最小;利用解析几何知识,易得(|1z+1-2i|+|z-1+i|)min=5
此时z=2-14i.
3.解:设z=-(a+bi),∵|z|=4,则a2+b2=4,∵OZZ构成正三角形的顶点,∴|z-z|=|z
∴|4bi|=2|a+bi
∴a2=3b2,由a2+b2=4,得a2=3,b2=1
∵Z在第一象限,∴a<0,b<0
∴a=-3,b=-1
4.解:(1)由已知条件有
(x-3y)+(6x+1)i=-2-2i∴由x-3y=-26x+1=-2.解得x=-12y=12
∴z1=-1+iz2=1-i
∴|z1·z2|=|z1||z2|=2·2=2
(2)(z1-z2)5=(-2+2i)5=…=128-128i