复数的概念与运算

形如 z=a+biz=a+bi(a,b∈Ra,b\in\mathbb{R})的数叫复数,i2=−1i^2=-1;加减 (a+bi)±(c+di)=(a±c)+(b±d)i(a+bi)\pm(c+di)=(a\pm c)+(b\pm d)i;乘法按多项式展开后用 i2=−1i^2=-1;几何意义是复平面上的点。

适用前提与边界条件

  1. 已掌握实数运算及代数式运算
  2. 已理解平面向量及其坐标表示

定义

复数:形如 ()的数叫复数。其中 叫虚数单位,满足 。

  • 叫复数 的实部,记 ;
  • 叫复数 的虚部,记 。

复数分类:

条件名称
实数()
虚数
纯虚数

复数相等: 且 ()。

共轭复数: 的共轭复数为 。

复平面:建立直角坐标系, 轴叫实轴、 轴叫虚轴,复数 与点 一一对应。

推导

复数运算():

  1. 加法:;
  2. 减法:;
  3. 乘法:(用 );
  4. 除法:(分母有理化)。

复数的模:,几何意义为复平面上点 到原点距离。

模的性质:

  • ,;
  • ;
  • ;
  • (三角形不等式)。

典例精析

例 1:化简 。

。

例 2:已知复数 ,问 为何值时 为实数、纯虚数。

  • 为实数 ,;
  • 为纯虚数 且 ,即 或 且 ,故 。

例 3:计算 。

对比

项目实数 复数
范围
几何表示数轴上的点复平面上的点
模(绝对值)(到原点距离)
大小比较可比较不可比较(仅模可比较)
乘积模

正例与反例

✅ 正例

  • z=3+4iz=3+4i 的模 ∣z∣=32+42=5|z|=\sqrt{3^2+4^2}=5,对应复平面点 (3,4)(3,4)
  • 若 (a−1)+(b+2)i=0(a-1)+(b+2)i=0,则 a=1a=1 且 b=−2b=-2(实部虚部分别为 00)

❌ 反例

  • 写 i2=1i^2=1 是错的,i2=−1i^2=-1
  • 由 a+bi=c+dia+bi=c+di 直接得 a=ca=c、b=db=d 不验证两边都化为标准式是错的

高频误解与考试易错

  • 把 i2i^2 写成 +1+1(实际 i2=−1i^2=-1)
  • 忽略复数相等的充要条件 a=ca=c 且 b=db=d(必须实部虚部分别相等)
  • 求复数的模 ∣z∣=a2+b2|z|=\sqrt{a^2+b^2} 时忘记开方
  • 混淆复数 a+bia+bi 与向量 (a,b)(a,b)(前者可作乘除,后者只有数量积)

常见问题

复数集 C\mathbb{C} 与实数集 R\mathbb{R} 的关系?
R⊂C\mathbb{R}\subset\mathbb{C}。当 b=0b=0 时 a+bi=aa+bi=a 是实数;b≠0b\ne 0 时称为虚数;a=0,b≠0a=0,b\ne 0 时称为纯虚数。
两个复数相等的充要条件是什么?
a+bi=c+di⇔a=ca+bi=c+di\Leftrightarrow a=c 且 b=db=d(a,b,c,d∈Ra,b,c,d\in\mathbb{R})。必须实部、虚部分别相等。
复数的模如何计算?
∣a+bi∣=a2+b2|a+bi|=\sqrt{a^2+b^2}。模是非负实数,对应复平面上点 (a,b)(a,b) 到原点的距离。
复数有大小关系吗?
复数集不定义"大于""小于"(除相等外无法比较)。只能比较模(大小)。

依据与出处

  • 人教 A 版(2019 审定)必修第二册 第七章《复数》