着眼数学思想解读复数问题

来源 :高中生学习·高二版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nieaobama
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  尽管在新课程中《复数》仅安排4个课时,内容只涉及四个知识点,可以说内容少、难度低,但复数与其他章节的知识联系紧密,极易与三角、向量、解析几何、极坐标等交汇,渗透着丰富的数学思想方法. 本文从数学思想方法的角度,以列举范例的形式,对复数的概念、几何意义以及四则运算进行解读,以便帮助读者更加深入地理解、掌握复数知识.
  类比的数学思想
  例1 下列命题中,真命题的个数为( )
  ①设,则是的充要条件;
  ②,;
  ③,或;
  ④若二次方程有实数根,则由可得,.
  A.个 B.个 C.个 D.个
  解析 由知,,所以;但由,不能得到,进而不能得到,如,但不成立,故①错误. 当时,显然;但当为虚数时,可能为负,也可能无大小,如,是虚数,从而无大小,故②③都错误. 对于方程,当时,其根的虚实及个数可以用判别式的符号来判断;但当时,其根的虚实及个数不能用判别式的符号来判断,例如方程有实根,但,故④错误.
  答案 A
  点评 不做类比,难知区别与联系!学习复数,务必要强化复数与实数、复数与向量等的类比,尤其是它们的“不同”,避免出现知识性的低级错误.
  函数与方程思想
  例2 已知(其中是的共轭复数),,求的值.
  分析 函数是自变量由实数集到复数集的推广,尽管定义域变了,但函数的最核心要素(对应法则)没变,本函数的法则是自变量的倍与自变量的共轭复数之和减去.
  解 设,则,
  显然,易于验证.
  ∵,
  ∴.
  又,
  ∴,即.
  由两复数相等的充要条件得,
  ∴.
  故.
  点评 函数是高中课程的主线,函数思想、方程思想渗透于各个模块和各个章节. 在学习复数的过程中,一定要注意知识之间的联系,习惯于用函数与方程的眼光“打量”复数.
  分类讨论思想
  例3 已知关于的一元二次方程的两个复数根分别为,且,求实数的值.
  分析 本题是一个实系数一元二次方程的根的问题. 由题意知,要用到“根与系数的关系”,但在求解时要注意根的虚实,不可想当然.
  解 因为是的根,
  所以. (*)
  又因为,
  (1)当,即时,,
  ,
  将(*)代入得,.
  (2)当,即时,为共轭虚数,
  不妨设,则.
  则,从而.
  再由知,.
  故此时,或此时
  综上所述,,或.
  评注 实数扩充到复数后,实数中的有些结论推广到复数集后不一定成立,此时分类讨论是解决问题的突破口.
  化归转化思想
  例4 设复数满足(是虚数单位),则为 .
  分析 本题要计算复数,必然涉及复数的代数形式、复数的运算和复数相等的知识.
  解 设,
  则,即为.
  亦即.
  由复数相等得,
  则或
  所以,或.
  点评 复数(往往多指虚数)问题,一般都是先通过设复数的代数形式,后化归转化为实数(函数、方程、不等式等)问题进行求解. 值得注意的是,你能看透本题答案的本质吗?若将本题改为求复数的平方根,你会做吗?
  数形结合思想
  例5 已知复数满足,,求值.
  分析 复数的模的几何意义、复数的代数表示等,使得复数与复平面的点、复数与复平面的向量建立起对应关系,这些为在知识交汇处命题搭建了平台,也为用数形结合解题提供了思路. 从几何角度入手分析这个题,因为,所以所对应的点都在以原点为圆心,半径为的圆上. 再结合的实部、虚部的特殊性,不难从图中直接观察出复数或.
  解 由得,均在单位圆上(如下图).
  由不难找出的对应点为,
  且对应于“和向量”,
  又,
  故平行四边形為菱形,且图中.
  所以由图可看出,,或.
  故或
  点评 在本题求解过程中,若设则;再根据,又可以得到两个方程. 这样一来,就必须解一个四元二次方程组,变量设的太多,且为二次,显然不利于问题的解决. 所以我们在解题时,应注意巧设,尽可能减少变量. 本题若由复数的几何意义和数形结合求解,是一种很重要的思维方法.
  复数集是实数集的扩充,涉及复数概念与运算的常规题型对大家来说较为容易. 但“数学思想是数学的灵魂”,“与其说是学习数学知识,不如说是学习数学思想方法”. 在学习时,如能从数学思想的高度审视复数,解题时,你便会发现你自己有更多的“套路”,便会有“一览众山小”的感觉.
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