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复数与向量的关系
重视复平面上复数与向量的联系作用
平面向量与复数是高中数学的重要内容,联系紧密,联系是在复平面进行的。随着知识的发展,相互对应相互促进是联系的主要体现。复数中的概念、运算等在向量中可以作出几何解释;向量的运算,可以对应有关的复数运算.复数与向量的这种联系,只要我们需要,可以将它们组合起来,在计算推理中发挥它们的联系作用,将是一件高效快乐的事情.
一 复数商与内积的联系
复数运算,向量运算之间的许多联系,在现有课本里是可以学习到的,下面我们来看复数商与内积的联系.
例1 复数z=a+bi, z=a+bi,它们的三角式分别为z=|z|(cosθ+isinθ), z=|z|(cosθ+isinθ),对应的向量分别是=(a,b)、=(a,b).
然后复数作商:
代数式作商:=;-------------(1)
三角式作商:=[cos(θ-θ)+isin(θ-θ)],------(2)
比较(1)(2)式,可得 [cos(θ-θ)]=, ……(3)
[sin(θ-θ)]=………(4)
则从中可得下列变式:
复数对应向量间的夹角余弦公式:
cos(θ-θ)= ,( 我們总可以适当选择θ、θ的主值范围,使得|θ-θ|∈,所以与的夹角就是|θ-θ|).
(2) 向量内积:
·=aa+bb=||·||cos(θ-θ).
若对(4)取绝对值得到:|×|=|ab-ab|=||·|sin(θ-θ)|,这是空间平面上向量叉积的绝对值,是以线段oz、oz为邻边的平行四边形的面积公式.
复数商运算式中,隐含着向量间的夹角公式,向量的内积,平行四边形面积的公式.
若复数代数式的三角式分别是,
然后,将它们的代数式,三角式分别相乘,比较结果,同样可以得到上面的三个式子.数学中的这种相互包容联系,真是体现了数学中的统一和谐之美.
二 复数向向量表示上的转化联系
利用复数与向量的联系,复数可以向向量表示上的转化,使有些复数的问题转化为向量问题或构造向量图像去处理,借向量之力去解决复数问题.
例2 已知复数z、z的模为1,z+z,求复数.
解:根据题意,设复数对应的向量为,以这两个向量为邻边,边长为1,构作一个平行四边形,并建如图1的直角坐标系.记,对应向量.
=z ∵对应的复数是
o z x ∴,∠zoz=60
∴ozz是正三角形,
ozz 是正三角形.
∴ ,,或.
本题在解题的思路上借助了复数向向量转化的作用.复数向向量转化是较常用的思想方法.此题纯粹用代数方法去做,计算量是较大的.
例3复平面内,已知动点A,B所对应的复数的辐角为定值,分别θ、-θ,,O为原点,ΔAOB的面积是定值S,求ΔAOB的重心M所对应的复数模的最小值.图2.
解:根据题设,设向量对应复数且
|,则有
,
∵ 图2
∴
=
=
≥
=
∴ |z|=|,即重心M所对应的复数模的最小值(=时,取最小值).该题用向量方法可较简捷获解.
复数向向量表示上的转化的特点是:能将复数条件化为特殊的向量图形, 或构造一个向量运算,然后,顺利进行推理运算,求得结果.
三 向量向复数表示上的转化联系
利用复数与平面向量的联系,由向量向复数表示上的转化,使向量问题转化为复数问题或构造复数的结论去处理,借复数之力去解决向量问题,并使人觉得返朴归真之感.
例4已知三个不共线的向量且证明:可构成一个三角形.
证明:不妨设对应复数的三角式分别为:,
且.
=0………(2)
由(1),(2)解得
不共线,
可构成一个三角形.
从证明过程知道,其逆也成立的,故此命题可写成充要条件的形式.
该题纯粹用向量概念去证明是比较简单的,但学生听了后,并觉得没有复数解明白.
向量向复数表示上的转化的特点是:转化为复数问题后能构造出复数的某些结论或某些代数公式,从而通过它们去实现目标完成.
四 复数与向量并用联系
用多种形式表示一个命题的方法,在数学中是常用的手段,而且是常用常新,也是知识、思想、方法融会贯通的重要途径.如有些命题既可以用复数表示、也可以用向量表示,对于这类命题的处理自然要选择合适的形式来表示,或者是两者并用,实现相互左证,这样可以使问题明了简单.
例5已知线段AB的中点C,以AC和CB为对角线作平行四边形AECD和BFCG,又作平行四边形CFHD和CGKE,求证H、C、K三点在一条直线上,且CK=CH,如图3.
证明:以C为原点,AB为X轴建立直角直
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