Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 16 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
16
Dung lượng
326,48 KB
Nội dung
CHUYÊN ĐỀ 4: SỐPHỨC Kiến thức 1.1 Các khái niệm 1.2 Các phép toán sốphức * Phép cộng phép trừ, nhân hai sốphức Cho hai sốphức z = a + bi z’ = a’ + b’i Ta định nghĩa: z z ' (a a ') (b b ')i z z ' (a a ') (b b ')i zz ' aa ' bb ' (ab ' a ' b)i * Phép chia sốphức khác Cho sốphức z = a + bi ≠ (tức a2+b2 > ) Ta định nghĩa số nghịch đảo z-1 sốphức z ≠ số 1 z-1= z z a b z Thương z' phép chia sốphức z’ cho sốphức z ≠ xác định sau: z z' z '.z z.z 1 z z Các dạng tập 2.1 Dạng 1: Các phép toán sốphức Ví dụ 1: Cho sốphức z = i Tính sốphức sau: z ; z2; ( z )3; + z + z2 2 Giải: 3 i z = i 2 2 *Vì z = 3 i= i *Ta có z = i = i 4 2 2 2 3 ( z ) = i i i i 2 4 2 1 3 i i i i i ( z )3 =( z )2 z = 2 2 4 Ta có: + z + z2 = 1 3 1 i i i 2 2 2 Ví dụ 2: Tìm sốphức liên hợp của: z (1 i )(3 2i ) 3i Giải: Ta có z i 3i 3i 5i (3 i )(3 i ) 10 Suy sốphức liên hợp z là: z 53 i 10 10 Ví dụ 3: Tìm phần ảo sốphức z biết z i 1 2i Giải: z 2i 2i 2i Suy ra, z 2i Phần ảo sốphức z (1 i )(2 i ) 2i Ví dụ 4: Tìm mô đun sốphức z Giải: Ta có: z 5i 1 i 5 26 1 Vậy mô đun z bằng: z 5 3i Ví dụ 5: Cho sốphức z thỏa mãn z 1 i Tìm môđun sốphức z iz Giải: Ta có: 3i 8 Do z 8 4 4i z 4 4i 1 i z iz 4 4i 4 4i i 8 8i Vậy z iz Ví dụ 6: Tìm số thực x, y thỏa mãn đẳng thức: a) 3x + y + 5xi = 2y – +(x – y)i b) (2x + 3y + 1) + ( –x + 2y)i = (3x – 2y + 2) + (4x – y – 3) i c) x 5i y 1 2i 35 23i Giải: a) Theo giả thiết: 3x + y + 5xi = 2y – +(x – y)i (3x + y) + (5x)i = (2y – 1) +(x – y)i x 3 x y y 5 x x y y x x y x y x y 11 x y x y 5 x y 3 y 11 b) Theo giả thiết ta có: c) Ta có 1 2i 1 2i 1 2i 3 4i 1 2i 2i 11 Suy x 5i y 1 2i 35 23i x 5i y 2i 11 35 23i 3 x 11 y 35 x x 11 y x y i 35 23i 5 x y 23 y Bài tập tự luyện Bài Tìm số thực x, y biết: a) (3x –2) + (2y +1)i = (x + 1) – (y – 5)i; b) (2x + y) + (2y – x)i = (x – 2y + 3) + (y + 2x +1)i; Bài Chứng minh z = (1+2i)(2 - 3i)(2+i) (3-2i ) số thực Bài Cho hai số phức: z1 5i ; z 4i Xác định phần thực, phần ảo sốphức z1.z2 Bài Tìm phần thực, phần ảo mô đun số phức: a) z (2 3i )(1 i ) 4i b) z (2 2i )(3 2i )(5 4i ) (2 3i )3 Bài Tìm số phức: 2z z 25i , biết z 4i z Bài Cho sốphức z = + 3i.Tìm phần thực phần ảo sốphức w z i iz 2.2 Dạng 2: Tìm sốphức dựa vào Dạng đại sốsốphức Nếu hệ thức tìm sốphức z xuất hay nhiều đại lượng sau: z , z , z , ta sử dụng Dạng đại số z z x yi với x, y R Ví dụ 1: Tìm sốphức z biết z 3i z 9i Giải: Gọi z= a+ bi (a,b R ) ta có: z 3i z 9i a bi 3i a bi 9i a 3b a a 3b 3a 3b i 9i 3a 3b b 1 Vậy z= 2-i Ví dụ 2: Tính mô đun sốphức z biết rằng: z 11 i z 1 i 2i Giải: Gọi z= a+ bi (a, b R ) Ta có z 11 i z 1 1 i 2i 2a 1 2bi 1 i a 1 bi 1 i 2i 2a 2b 1 2a 2b 1 i a b 1 a b 1 i 2i a 3a 3b 3a 3b a b i 2i a b 2 b Suy mô đun: z a b 2 Ví dụ 3: Tìm sốphức z thỏa mãn: z z.z z z z Giải 2 Gọi z = x + iy (x, yR), ta có z x iy; z z z z x y 2 z z.z z 4( x y ) ( x y ) (1) z z x x (2) Từ (1) (2) tìm x = ; y = 1 Vậy sốphức cần tìm + i - i Ví dụ 4: Tìm sốphức z thỏa mãn hai điều kiện: z 2i z 4i ảo Giải Đặt z= x+ yi (x,y R ) Theo ta có z 2i số zi x y 2 i x y i 2 2 x 1 y x 3 y y x z 2i x y i x y y 1 x y 3 i Sốphức w x 1 y i z i x y 1 x y y 1 12 x w số ảo x y 1 y x y 23 12 23 Vậy z i 7 Ví dụ 5: Tìm tất sốphức z biết z z z Giải: Gọi z= a+ bi (a, b R ) ta có: 2 z z z a bi a b a bi a b 2abi a b a bi a b 2 2 a 2b a b a b a 1 a ; b 2 b 2a 1 2ab b 1 a ; b 2 1 1 Vậy z=0; z i; z i 2 2 Ví dụ 6: Tìm sốphức z thỏa mãn z z2 số ảo Giải: Gọi z= a+ bi (a, b R ) Ta có z a b z a b 2abi 2 a b a a 1 Yêu cầu toán thỏa mãn 2 a b b b 1 Vậy sốphức cần tìm 1+i; 1-i; -1+i; -1-i Ví dụ 7: Tìm sốphức z biết z 5i 1 z Giải: Gọi z= a+ bi (a, b R ) a b ta có z 5i 5i a bi a b i a bi z a bi a b a a b a 5 b i b 2 a 1; b a a b a 2; b Vậy z 1 i z i Ví dụ 8: Tìm sốphức z thỏa mãn z i z 1 z i số thực Giải: Giả sử z= x+ yi (x, y R ) Khi đó, z i x y 1 1 z 1 z i x yi x y 1 i x x 1 y y 1 x y 1 i z 1 z i R x y Từ (1) (2) ta có x=1; y=0 x=-1; y=2 Vậy z=1; z=-1+ 2i Bài tập tự luyện Bài Tìm sốphức z thỏa mãn: z i Biết phần ảo nhỏ phần thực đơn vị Bài Tìm sốphức z thỏa mãn: | z | - iz = – 2i Bài Tìm sốphức z thỏa mãn: z i 10 z.z 25 Bài Tìm sốphức z thỏa mãn z 1 2i 26 z.z 25 Bài Tìm sốphức z thỏa mãn trường hợp: a) z z số ảo b) z phần thực z hai lần phần ảo Bài Tìm sốphức z thoả mãn z z2 số ảo Bài Giải phương trình: a) z z b) z z z Bài Tìm sốphức z biết ( z 1)(1 i ) z 1 | z |2 1 i Bài Tìm sốphức z biết: z (1 i )( z 1) có phần ảo 2.3 Dạng 3: Biểu diễn hình học sốphức Tìm tập hợp điểm biểu diễn sốphức z Trong dạng này, ta gặp toán biểu diễn hình học sốphức hay gọi tìm tập hợp điểm biểu diễn sốphức z sốphức z thỏa mãn hệ thức (thường hệ thức liên quan đến môđun số phức) Khi ta giải toán sau: Giả sử z = x+yi (x, y R) Khi sốphức z biểu diễn mặt phẳng phức điểm M(x;y) Sử dụng kiện đề để tìm mối liên hệ x y từ suy tập hợp điểm M Ví dụ 1: Giả sử M(z) điểm mặt phẳng phức biểu diễn sốphức z Tìm tập hợp điểm M(z) thỏa mãn điều kiện sau đây: a) z i =2 b) z i c) z 4i z 4i 10 Giải: Đặt z = x +yi (x, y R) biểu diễn điểm M(x;y) a) Xét hệ thức: z i =2 (1) Đặt z = x +yi (x, y R) z – + i = (x – 1) + (y + 1)i Khi (1) ( x 1) ( y 1) (x-1)2 + (y + 1)2 = 4. Tập hợp điểm M(z) mặt phẳng tọa độ biểu diễn sốphức z thỏa mãn (1) đường tròn có tâm I(1;-1) bán kính R = y b) Xét hệ thức z z i |(x+2) +yi| = |-x+(1-y)i| (x+2)2 + y2 = x2 + (1-y)2 4x + 2y + = Vậy tập hợp điểm M đường thẳng 4x + 2y + = A -2 Nhận xét: Đường thẳng 4x + 2y + = đường trung trực đoạn AB c) Xét hệ thức: z 4i z 4i 10 B x O -1 -1 -2 Xét F1, F2 tương ứng biểu diễn điểm 4i -4i tức F1 (0;4) F2 =(0;-4) Do đó: z 4i z 4i 10 MF1 + MF2 = 10 Ta có F1F2 = Tập hợp tất điểm M nằm (E) có hai tiêu điểm F1 F2 có độ dài trục lớn 10 Phương trình (E) là: x2 y 1 16 Ví dụ 2: Trong mặt phẳng Oxy, tìm tập hợp điểm biểu diễn sốphức z thỏa mãn z i 1 i z Giải: Đặt z= x+ yi (x,y R ) Ta có: z i 1 i z x y 1 i x y x y i 2 x y 1 x y x y 2 x y xy x y 1 2 Vậy tập hợp điểm M biểu diễn sốphức z đường tròn có phương trình x y 1 Ví dụ 3: Cho sốphức z1 1 3i (1 i )5 Tìm tập hợp điểm biểu diễn A z 2iz , biết x y Giải t t 4t t t B 0; 1 , C 4; 1 t B 4; 1 , C 0; 1 Giả sử z2 x yi x, y R biểu diễn điểm M(x;y) Khi ta có: nP a , b, c , a b c Vậy tập hợp điểm biểu diễn cho sốphức z2 đường tròn tâm O, bán kính Ví dụ 4: Trong sốphức z thỏa mãn điều kiện z 4i z 2i Tìm sốphức z có môđun nhỏ Giả sử sốphức z cần tìm có dạng z = x + yi (x,y R) biểu diễn điểm M(x;y) Ta có x ( y 4)i x ( y 2)i (1) ( x 2)2 ( y 4)2 x ( y 2) y x Do tập hợp điểm M biểu diễn cho sốphức z thỏa mãn (1) đường thẳng x + y = Mặt khác z x y x x x 16 x x 16 Hay z x 2 Do z x y Vậy z 2i Ví dụ 5: Biết sốphức z thỏa mãn u z i z 3i số thực Tìm giá trị nhỏ z Giải Đặt z= x+ yi (x, y R ) ta có u x 3 y 1 i x 1 y 3 i x y x y x y i Ta có: u R x y Tập hợp điểm biểu diễn z đường thẳng d: x-y-4=0, M(x;y) điểm biểu diễn z mô đun z nhỏ độ dài OM nhỏ OM d Tìm M(-2;2) suy z=-2+2i Ví dụ 6: Tìm sốphức Z có mô đun lớn thỏa mãn điều kiện Z 1 i 2i Giải Gọi z x yi ( x, y R) z x yi z (1 i ) 2i 13 39 x2 y x y 0 8 13 Gọi M (x;y) điểm biểu diễn z mặt phẳng tọa độ Oxy M (C ) đường tròn có tâm 26 I ( ; ) bán kính R 2 Gọi d đường thẳng qua O I d : y x 15 Gọi M1, M2 hai giao điểm d (C) M ( ; ) M ( ; ) 4 4 OM OM Ta thấy OM OI R OM ( M (C )) sốphức cần tìm ứng với điểm biểu diễn M1 hay z 15 i 4 Ví dụ 7: Tìm tập hợp điểm biểu diễn sốphức z cho u z 3i số ảo z i Giải Đặt z= x+ yi (x, y R ), đó: u x y 3 i x y 3 i x y 1 i x y 1 i x y 1 x y x y 3 x y 1 i x y 1 x 1 y 1 x y x y u số ảo 2 x y 1 x; y 0;1 Vậy tập hợp điểm biểu diễn z đường tròn tâm I(-1;-1), bán kính trừ điểm (0;1) Bài tập tự luyện Bài Giả sử M(z) điểm mặt phẳng tọa đô biểu diễn sốphức z Tìm tập hợp điểm M(z) thỏa mãn điều kiện sau a) z (1 3i ) z 2i b) z i z z 2i c) z 4i Tìm sốphức z có môđun nhỏ Bài Trong mặt phẳng tọa độ Tìm tập hợp điểm biểu diễn sốphức z thỏa mãn điều Bài Trong sốphức thỏa mãn z 3i kiện: z i z 3i Trong sốphức thỏa mãn điều kiện trên, tìm sốphức có môdun nhỏ Bài Trong sốphức z thỏa mãn điều kiện z 4i z 2i Tìm sốphức z có môđun nhỏ Bài Trong sốphức z thỏa mãn điều kiện z 5i z i Tìm sốphức z có môđun nhỏ Bài Trong sốphức z thỏa mãn z i 52 , tìm sốphức z mà z 2i nhỏ 2.4 Dạng Phương trình bậc hai tập sốphức 2.4.1 Vấn đề Tìm bậc hai sốphức (Đọc thêm) Cho sốphức w = a + bi Tìm bậc hai sốphức Phương pháp: +) Nếu w = w có bậc hai +) Nếu w = a > (a R) w có hai bậc hai a - a +) Nếu w = a < (a R) w có hai bậc hai ai - ai +) Nếu w = a + bi (b 0) Giả sử z = x +yi (x, y thuộc R) bậc hai w z2 = w (x+yi)2 = a + bi x2 y2 a xy b Để tìm bậc hai w ta cần giải hệ để tìm x, y Mỗi cặp (x, y) nghiệm phương trình cho ta bậc hai w Nhận xét: Mỗi sốphức khác có hai bậc hai hai số đối Ví dụ: Tìm bậc hai sốphức sau: a) + i b) -1-2 i Giải: 1) Giả sử z = x +yi (x, y thuộc R) bậc hai w = + i (1) y x y 2 x Khi đó: z = w (x+yi) = + i 2 xy x 45 (2) x2 2 (2) x4 – 4x2 – 45 = x2 = x = ± x=3y= x = -3 y = - Vậy sốphức w = + i có hai bậc hai là: z1 = + i z2 = -3 - i 2) Giả sử z = x +yi (x, y thuộc R) bậc hai w = -1-2 i 2 y (1) x y 2 x Khi đó: z = w (x+yi) = -1-2 i x 1 (2) 2 xy 2 x2 (2) x4 + x2 – = x2 = x = ± 10 x= y=- x=- y= Vậy sốphức w = + i có hai bậc hai là: z1 = - i z2 = - + i 2.4.2 Vấn đề 2: Giải phương trình bậc hai Cho phương trình bậc hai: Az2 +Bz +C = (1) (A, B, C C, A 0) Phương pháp: Tính = B2 – 4AC B B *) Nếu phương trình (1) có hai nghiệm phân biệt z1 = , z2 = 2A 2A (trong bậc hai ) *) Nếu = phương trình (1) có nghiệm kép: z1 = z2 = B 2A Ví dụ 1: Giải phương trình sau tập sốphức a) z z b) x x c) z z Giải: a) z z 3 3i bậc hai i Phương trình có nghiệm: z1 1 i 3 i, z2 i 2 2 b) x x 20 16 16i Căn bậc hai 4i Phương trình có nghiệm: x1 1 2i, x2 1 2i c) z z Đặt t = z2 Phương trình trở thành: z2 z 1 t t 2t t 3 z i z 3 Vậy phương trình có nghiệm: -1, 1, i 3, i Ví dụ 2: Giải phương trình bậc hai sau: a) z2 + 2z + = b) z2 + (1-3i)z – 2(1 + i) = (tham khảo) Giải: a) Xét phương trình: z2 + 2z + = Ta có: = -4 = 4i2 phương trình có hai nghiệm: z1 = -1 +2i z2 = -1 – 2i 11 b) Ta có: = (1-3i)2 +8(1+i) = 2i = (1+i)2 nên 1+i bậc hai sốphức 2i Phương trình có hai nghiệm là: z1 = 3i i 3i i 2i ; z2 = 1 i 2 Ví dụ 3: Gọi z1 z2 hai nghiệm phức phương trình z z 10 Tính giá trị biểu thức A z1 z2 Giải: Ta có 2 z z 10 z 1 9 z 1 3i z 1 3i z 1 3i z1 1 3i z1 1 32 10 z2 1 3i z2 10 2 Vậy A z1 z2 20 Ví dụ 4: Cho sốphức z thỏa mãn z z 13 Tính z zi Giải: z 2i 2 z z 13 z 3 4 z 3 2i z 2i Với z 2i ta có z 6 2i i 17 z i 3i Với z 2i ta có z 6 2i 24 7i z i 3i Ví dụ 5: Giải phương trình sau tập hợp số phức: z 7i z 2i (tham khảo) z i Giải Điều kiện: z 1 Phương trình cho tương đương với z 3i z 7i Phương trình có biệt thức 3i 1 7i 4i i Phương trình có hai nghiệm là: z 2i z i Bài tập tự luyện 12 Bài Cho z1 , z2 nghiệm phức phương trình z z 11 Tính giá trị 2 z z2 biểu thức A = ( z1 z2 ) Bài Gọi z1 ; z2 nghiệm phức phương trình: z z Tính: ( z1 1)2011 ( z2 1) 2011 2.4.3 Vấn đề 3: Phương trình quy bậc hai ( Đọc thêm) - Đối với dạng ta thường gặp phương trình bậc phương trình bậc dạng đặc biệt quy bậc hai - Đối với phương trình bậc (hoặc cao hơn), nguyên tắc ta cố gắng phân tích vế trái thành nhân tử ( để đưa phương trình tích) từ dẫn đến việc giải phương trình bậc bậc hai - Đối với số phương trình khác, ta đặt ẩn phụ để quy phương trình bậc hai mà ta biết cách giải a Phương pháp phân tích thành nhân tử Ví dụ 1: Giải phương trình: z3 – 27 = z z Giải: z – 27 = (z – 1) (z + 3z + 9) = z 3 3i z 3z 2,3 Vậy phương trình cho có nghiệm Ví dụ 2: Giải phương trình tập hợp số phức: z z z z 16 Giải: Nhận biết hai nghiệm z=-1 z=2 Phương trình cho tương đương với z z 1 z Giải ta bốn nghiệm: z 1; z 2; z 2 2i Ví dụ 3: Cho phương trình sau: z3 + (2 – 2i)z2 + (5 – 4i)z – 10i = (1)biết phương trình có nghiệm ảo (Tham khảo) Giải: Đặt z = yi với y R Phương trình (1) có dạng: (iy)3 + (2i-2)(yi)2 + (5-4i)(yi) – 10i = -iy3 – 2y2 + 2iy2 + 5iy + 4y – 10i = = + 0i đồng hoá hai vế ta được: 2y 4y giải hệ ta nghiệm y = y y y 10 Suy phương trình (1) có nghiệm ảo z = 2i 13 * Vì phương trình (1) nhận nghiệm 2i vế trái (1) phân tích dạng: z3 + (2 – 2i)z2 + (5 – 4i)z – 10i = (z – 2i)(z2 +az + b) (a, b R) đồng hoá hai vế ta giải a = b = z 2i z 2i z 1 2i (1) (z – 2i)(z +2z + 5) = z 2z z 1 2i Vậy phương trình (1) có nghiệm Ví dụ 4: Giải phương trình z i z i z 16 2i biết phương trình có nghiệm thực (Tham khảo) Giải Gọi nghiệm thực z0 ta có: z0 i z02 i z0 16 2i z0 3z0 z0 16 z0 2 zo z0 Khi ta có phương trình z z i z i Tìm nghiệm phương trình z= -2; z= 2+ i; z= 3- 2i Ví dụ 5: Giải phương trình z 3i z 1 2i z 9i biết phương trình có nghiệm ảo (tham khảo) Giải Giả sử phương trình có nghiệm ảo bi, b R Thay vào phương trình ta được: bi 3i bi 1 2i bi 9i 2b 6b 2b 6b b 3b 3b i b 3 b 3b 3b z 3i Phương trình phân tích thành z 3i z z 3 Các nghiệm phương trình z= -3i; z 2i b Phương pháp đặt ẩn phụ Ví dụ 1: Giải phương trình sau tập sốphức (z2 + z)2 + 4(z2 + z) -12 = Giải: Đặt t = z2 + z, phương trình cho có dạng: 14 1 23i z z z 6 t 6 1 23i z t2 + 4t – 12 = t z z z z 2 Vậy phương trình cho có nghiệm Ví dụ 2: Giải phương trình sau tập sốphức (z2 + 3z +6)2 + 2z(z2 + 3z +6) – 3z2 = Giải: Đặt t = z2 + 3z +6 phương trình cho có dang: t z t2 +2zt – 3z2 = (t – z)(t+3z) = t 3 z z 1 5i + Với t = z z2 + 3z +6 –z = z2 + 2z + = z 1 5i z 3 + Với t = -3z z2 + 3z +6 +3z = z2 + 6z + = z 3 Vậy phương trình cho có nghiệm Ví dụ 3: Giải phương trình: ( z z )( z 3)( z 2) 10 , z C Giải: PT z ( z 2)( z 1)( z 3) 10 ( z z )( z z 3) Đặt t z z Khi phương trình (8) trở thành: Đặt t z z Khi phương trình (8) trở thành t 3t 10 t 2 z 1 i t z 1 Vậy phương trình có nghiệm: z 1 ; z 1 i Ví dụ 4: Giải phương trình sau tập sốphức z z z2 z 1 Giải: Nhận xét z=0 không nghiệm phương trình (1) z 1 Chia hai vế PT (1) cho z2 ta được: ( z ) ( z ) (2) z z 15 (tham khảo) 1 Khi t z z t z z z Phương trình (2) có dạng: t2-t+ (3) 9 9i 2 3i 3i PT (3) có nghiệm t= ,t= 2 3i 1 3i Với t= ta có z z (1 3i) z (4) z Có (1 3i ) 16 6i 6i i (3 i ) Đặt t=z- (1 3i ) (3 i ) (1 3i ) (3 i ) i i ,z= 4 3i 1 3i Với t= ta có z z (1 3i ) z (4) z 2 Có (1 3i ) 16 6i 6i i (3 i ) PT(4) có nghiệm: z= (1 3i ) (3 i ) (1 3i) (3 i ) i i ,z= 4 i 1 i Vậy PT cho có nghiệm: z=1+i; z=1-i ; z= ; z= 2 PT(4) có nghiệm: z= 16 ... 25i , biết z 4i z Bài Cho số phức z = + 3i.Tìm phần thực phần ảo số phức w z i iz 2.2 Dạng 2: Tìm số phức dựa vào Dạng đại số số phức Nếu hệ thức tìm số phức z xuất hay nhiều đại lượng... điểm biểu diễn số phức z thỏa mãn điều Bài Trong số phức thỏa mãn z 3i kiện: z i z 3i Trong số phức thỏa mãn điều kiện trên, tìm số phức có môdun nhỏ Bài Trong số phức z thỏa mãn... 4i z 2i Tìm số phức z có môđun nhỏ Bài Trong số phức z thỏa mãn điều kiện z 5i z i Tìm số phức z có môđun nhỏ Bài Trong số phức z thỏa mãn z i 52 , tìm số phức z mà z