

7.2.2 复数的乘、除运算
新课程标准解读 | 核心素养 |
1.掌握复数代数形式的乘法和除法运算 | 数学抽象 |
2.理解复数乘法的运算律 | 数学运算 |


我们知道,两个实数的乘法对加法来说满足分配律,即a,b,c∈R时,有(a+b)c=ac+bc,而且,实数的正整数次幂满足aman=am+n,(am)n=amn,(ab)n=anbn,其中m,n均为正整数.
【问题】 复数的运算满足上述的运算律吗?

知识点一复数的乘法
1.复数的乘法法则
设z1=a+bi,z2=c+di(a,b,c,d∈R),则z1z2=(a+bi)(c+di)=(ac-bd)+(ad+bc)i .
2.复数乘法的运算律
对于任意z1,z2,z3∈C,有
交换律 | z1z2=z2z1 |
结合律 | (z1z2)z3=z1(z2z3) |
分配律 | z1(z2+z3)=z1z2+z1z3 |
【想一想】
1.复数的乘法与多项式乘法有何不同?
提示:复数的乘法与多项式乘法是类似的,有一点不同即必须在所得结果中把i2换成-1,再把实部、虚部分别合并.
2.多项式乘法的运算律在复数乘法中能否成立?
提示:仍然成立,乘法公式也适用.
知识点二 复数的除法
复数代数形式的除法法则
(a+bi)÷(c+di)=
=
+
i (a,b,c,d∈R,且c+di≠0).
提醒对复数除法的两点说明:①实数化:分子、分母同乘以分母的共轭复数c-di,化简后即得结果,这个过程实际上就是把分母实数化,这与根式除法的分母“有理化”类似;②代数式:注意最后结果要将实部、虚部分开.

1.已知i为虚数单位,复数z=(3-i)(2+i),则z的虚部为()
A.iB.1
C.7iD.7
解析:B ∵z=(3-i)(2+i)=7+i,∴z的虚部为1.故选B.
2.复数z=
-i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
解析:C 因为z=
-i=
-i=
-i=-
-
i,所以z在复平面内对应的点为(-
,-
),位于第三象限.故选C.
3.(2024·烟台月考)设复数z满足(1+i)z=2-2i(i为虚数单位),则|z|=2.
解析:由已知可得z=
=
=-2i,因此,|z|=2.

【例1】 计算下列各题:
(1)(1-i)(1+i)+(-1+i);
解:(1-i)(1+i)+(-1+i)=1-i2-1+i=1+i.
(2)(2-i)(-1+5i)(3-4i)+2i.
解:(2-i)(-1+5i)(3-4i)+2i
=(-2+10i+i-5i2)(3-4i)+2i
=(3+11i)(3-4i)+2i
=(9-12i+33i-44i2)+2i
=53+21i+2i=53+23i.
通性通法
复数的乘法运算法则的应用
(1)复数的乘法运算可以把i看作字母,类比多项式的乘法进行,注意要把i2化为-1,进行最后结果的化简;
(2)对于能够使用乘法公式计算的两个复数的乘法,用乘法公式更简便.例如平方差公式、完全平方公式等.
【跟踪训练】
1.(2024·安阳月考)复数z=(1-i)(1+i)+(-1+i)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
解析:A z=(1-i)(1+i)+(-1+i)=1-i2-1+i=1+i,所以复数z在复平面内对应的点位于第一象限.
2.若复数(1-i)(a+i)在复平面内对应的点在第二象限,则实数a的取值范围是()
A.(-∞,1)B.(-∞,-1)
C.(1,+∞)D.(-1,+∞)
解析:B 因为(1-i)(a+i)=a+1+(1-a)i,所以它在复平面内对应的点为(a+1,1-a),又此点在第二象限,所以
解得a<-1.
【例2】 计算:
(1)(1-2i)÷(2+i);
解:(1-2i)÷(2+i)=
=
=
=-i.
(2)
;
解:
=
=
=-2+i.
(3)
.
解:
=
=
=
=
+
i.
通性通法
1.两个复数代数形式的除法运算的步骤
(1)首先将除式写为分式;
(2)再将分子、分母同乘以分母的共轭复数;
(3)然后将分子、分母分别进行乘法运算,并将其化为复数的代数形式.
2.常用公式
(1)
=-i;(2)
=i;(3)
=-i.
【跟踪训练】
1.已知i为虚数单位,则
的实部与虚部之积是()
A.
B.-
C.
iD.-
i
解析:A 因为
=
=
+
i,所以
的实部与虚部之积是
.
2.(2022·北京高考2题)若复数z满足i·z=3-4i,则|z|=()
A.1B.5
C.7D.25
解析:B 依题意可得z=
=
=-4-3i,所以|z|=
=5,故选B.
【例3】(1)复数z=i2 025的模是(D)
A.iB.-1
C.0D.1
解析:因为z=i2025=i4×506+1=i,所以复数z的模是1.故选D.
(2)计算:1+i+i2+i3+…+i100(i为虚数单位)的结果是1.
解析:由复数的运算法则可知:1+i+i2+i3+…+i100=1+(i+i2+i3+i4)+…+(i97+i98+i99+i100)=1+0+…+0=1.
通性通法
利用i幂值的周期性解题的技巧
(1)熟记i的幂值的4个结果,当幂指数除以4所得的余数是0,1,2,3时,相应的幂值分别为1,i,-1,-i;
(2)对于n∈N,有in+in+1+in+2+in+3=0.
【跟踪训练】
计算:
+
.
解:∵
=
=
=i,=
=-i,而i4=(-i)4=1,
∴
+
=i2024+(-i)2025=i2024+(-i)2024·(-i)1=1-i.
【例4】 在复数范围内解下列方程:
(1)x2+5=0;
解:因为x2+5=0,所以x2=-5,
又因为(
i)2=(-
i)2=-5,
所以x=±
i,所以方程x2+5=0的根为x=±
i.
(2)x2+4x+6=0.
解:法一因为x2+4x+6=0,所以(x+2)2=-2,
因为(
i)2=(-
i)2=-2,
所以x+2=
i或x+2=-
i,
即x=-2+
i或x=-2-
i,
所以方程x2+4x+6=0的根为x=-2±
i.
法二由x2+4x+6=0知Δ=42-4×6=-8<0,所以方程x2+4x+6=0无实数根.
在复数范围内,设方程x2+4x+6=0的根为x=a+bi(a,b∈R且b≠0),
则(a+bi)2+4(a+bi)+6=0,
所以a2+2abi-b2+4a+4bi+6=0,
整理得(a2-b2+4a+6)+(2ab+4b)i=0,
所以
又因为b≠0,所以
解得a=-2,b=±
.所以x=-2±
i,
即方程x2+4x+6=0的根为x=-2±
i.
通性通法
在复数范围内,实系数一元二次方程ax2+bx+c=0(a≠0)的求解方法
(1)求根公式法:
①当Δ≥0时,x=
;
②当Δ<0时,x=
.
(2)利用复数相等的定义求解:设方程的根为x=m+ni(m,n∈R),代入方程ax2+bx+c=0(a≠0),化简后利用复数相等的定义求解;
(3)一元二次方程根与系数的关系仍成立,即x1+x2=-
1x2=
.
【跟踪训练】
1.(2024·厦门月考)已知2i-3是关于x的方程x2+6x+q=0(q∈R)的一个根,则该方程的另一个根为()
A.2i+3B.-2i-3
C.2i-3D.-2i+3
解析:B 根据题意,方程的另一个根为-6-(2i-3)=-3-2i.故选B.
2.已知关于x的方程x2+(k+2i)x+2+ki=0有实根,求这个实根及实数k的值.
解:设x=x0是方程的实根,代入方程并整理得(
+kx0+2)+(2x0+k)i=0.
由复数相等的条件得
+kx0+2=2x0+k=0,
解得
或
∴方程的实根为x=
或-
k的值为-2
或2
.

1.已知m∈R,i为虚数单位,若(m+i)(2-3i)=5-i,则m=()
A.1 B.-1C.2 D.-2
解析:A 由(m+i)(2-3i)=(2m+3)+(2-3m)i=5-i,得
解得m=1.
2.(2024·深圳月考)已知复数z=i+2i2+3i3+4i4(其中i为虚数单位),则|z|=()
A.2B.2
C.4D.10
解析:B 依题意,z=i+2×(-1)+3(-i)+4=2-2i,所以|z|=
=2
.故选B.
3.(2024·济宁月考)若复数z满足方程
i=1-i,则z=-1+i.
解析:由题意可得
=
=
=-i(1-i)=-1-i,所以z=-1+i.
4.计算:(1)(1+i)2 024;
(2)(-2+3i)÷(1+2i).
解:(1)原式=[(1+i)2]1012=(1+2i+i2)1012=(2i)1012=21012·i1012=21012·i4×253=21012.
(2)原式=
=
=
=
+
i.

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