автор: Варитлова Залина Мулидовна
преподаватель
ГБПОУ «КБАДК»
Методическая разработка открытого урока по УД ЕН 01 «Математика» на тему: «Комплексные числа. Операции над комплексными числами».
Кабардино-Балкарская Республика
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
«Кабардино-Балкарский автомобильно-дорожный колледж»
Методическая разработка
по УД ЕН 01 «Математика»
план-конспект открытого урока
на тему: «Комплексные числа. Операции над комплексными числами».
Нальчик, 2024 г
Цель урока: познакомить учащихся с понятием комплексного числа, рассмотреть основные действия над комплексными числами, выполнять арифметические действия над комплексными числами в алгебраической форме.
Задачи урока:
Образовательные: ввести понятие комплексного числа, познакомить с действиями над комплексными числами, выполнять арифметические действия над комплексными числами в алгебраической форме.
Развивающие: развивать мышление в процессе выполнения практических заданий, способствовать развитию мыслительной деятельности учащихся, развивать навыки самостоятельной работы.
Воспитательные: воспитывать аккуратность, усидчивость, внимательность в процессе прослушивания материала урока, активизировать познавательную деятельность учащихся.
Тип урока: урок усвоения нового материала
Вид урока: лекция с элементами беседы
Оборудование: доска, раздаточный материал (листы с материалом урока, с заданиями для закрепления материала);
План урока.
- Организационный момент (приветствие, сообщение целей и задач урока);
- Фронтальный опрос по предыдущей теме (отвечают на вопросы);
- Изложение нового материала (объяснение с элементами беседы);
- Закрепление материала (решение примеров у доски и самостоятельно, выполнение тестового задания);
- Подведение итогов урока (выводы по теме, выставление и оглашение оценок с комментариями);
- Домашнее задание (решить примеры, выписанные на доске).
Ход урока
- Организационный момент (приветствие, сообщение целей и задач урока).
Сегодня мы познакомимся с понятием комплексного числа, рассмотрим основные действия над комплексными числами, узнаем какие арифметические операции можно выполнять над комплексными числами.
- Фронтальный опрос по предыдущей теме (отвечают на вопросы).
Вопросы:
- Что называют графом? (граф – это геометрическая фигура, состоящая из точек и линий);
- Как обозначаются вершины графа? (вершины графа обозначаются точками);
- Как обозначаются ребра графа? (ребра графа обозначаются линиями);
- Какие виды графов вы знаете? (ориентированные, не ориентированные);
- Какой граф называют ориентированным? (граф, рёбрам которого присвоено направление);
- Какой граф называют не ориентированным? (граф, ни одному ребру которого не присвоено направление);
- Нарисовать граф с 5-ю вершинами и 10-ю ребрами (рисуют на доске).
III. Изучение нового материала (объяснение с элементами беседы, основные понятия и формулы записывают в тетрадь).
Математическое обоснование комплексных чисел проводится на основе исследования квадратного корня из отрицательного числа. До изобретения комплексных чисел считалось, что квадратный корень из отрицательного числа не существует в области вещественных чисел.
Таким образом, комплексные числа были введены для удобства решения алгебраических уравнений, которые оказались не разрешимыми в области вещественных чисел. Комплексные числа играют важную роль во многих областях науки и техники.
Например, в физике комплексные числа необходимы для описания и решения многих физических задач. Они используются при описании колебательных процессов, переменных электрических и магнитных полей.
Комплексные числа применяются в различных областях компьютерных наук, включая компьютерную графику, криптографию, сжатие данных и алгоритмы решения задач.
Определение. Комплексным числом называется выражение вида a + bi, где a и b — действительные числа, i представляет собой мнимую единицу, символ, квадрат которого равен -1, то есть i2= -1. Число а представляет собой действительную часть, b — мнимую часть комплексного числа z = a + bi. Запись комплексного числа в виде
a + bi называют алгебраической формой комплексного числа.
При этом выполняются условия:
а) Два комплексных числа a1 + b1i и a2 + b2i равны тогда и только тогда, когда a1=a2, b1=b2.
б) Сложение комплексных чисел определяется правилом:
(a1 + b1i) + (a2 + b2i) = (a1 + a2) + (b1 + b2) i.
в) Вычитание комплексных чисел определяется правилом:
(a1 + b1i) — (a2 + b2i) = (a1 — a2) + (b1 — b2) i.
г) Умножение комплексных чисел определяется правилом:
(a1 + b1i) (a2 + b2i) = (a1a2 — b1b2) + (a1b2 — a2b1) i.
Операции над комплексными числами.
Над комплексными числами в алгебраической форме можно выполнять следующие действия.
1) Сложение.
Определение. Суммой комплексных чисел z1 = a1 + b1i и z2 = a2 + b2i называется комплексное число z, действительная часть которого равна сумме действительных частей z1 и z2, а мнимая часть — сумме мнимых частей чисел z1 и z2, то есть
z = (a1 + a2) + (b1 + b2)i.
Числа z1 и z2 называются слагаемыми.
Сложение комплексных чисел обладает следующими свойствами:
1º. Коммутативность: z1 + z2 = z2 + z1.
2º. Ассоциативность: (z1 + z2) + z3 = z1 + (z2 + z3).
3º. Комплексное число –a –bi называется противоположным комплексному числу z = a + bi. Комплексное число, противоположное комплексному числу z, обозначается -z. Сумма комплексных чисел z и -z равна нулю: z + (-z) = 0
Пример1 . Выполните сложение (3 – i) + (-1 + 2i).
(3 – i) + (-1 + 2i) = (3 + (-1)) + (-1 + 2) i = 2 + 1i.
2) Вычитание.
Определение. Вычесть из комплексного числа z1 комплексное число z2, значит найти такое комплексное число z, что z + z2 = z1.
Теорема. Разность комплексных чисел существует и притом единственна.
Пример 2. Выполните вычитание (4 – 2i) — (-3 + 2i).
(4 – 2i) — (-3 + 2i) = (4 — (-3)) + (-2 — 2) i = 7 – 4i.
3) Умножение.
Определение. Произведением комплексных чисел z1=a1+b1i и z2=a2+b2i называется комплексное число z, определяемое равенством: z = (a1a2 – b1b2) + (a1b2 + a2b1)i.
Числа z1 и z2 называются сомножителями.
Умножение комплексных чисел обладает следующими свойствами:
1º. Коммутативность: z1z2 = z2z1.
2º. Ассоциативность: (z1z2)z3 = z1(z2z3)
3º. Дистрибутивность умножения относительно сложения:
(z1 + z2) z3 = z1z3 + z2z3.
4º. z · = (a + bi)(a – bi) = a2 + b2 — действительное число.
На практике умножение комплексных чисел производят по правилу умножения суммы на сумму и выделения действительной и мнимой части.
В следующем примере рассмотрим умножение комплексных чисел двумя способами: по правилу и умножением суммы на сумму.
Пример 3. Выполните умножение (2 + 3i) (5 – 7i).
1 способ. (2 + 3i) (5 – 7i) = (2⋅ 5 – 3 (- 7)) + (2⋅ (- 7) + 3⋅ 5)i = = (10 + 21) + (- 14 + 15)i = 31 + i.
2 способ. (2 + 3i) (5 – 7i) = 2⋅ 5 + 2⋅ (- 7i) + 3i⋅ 5 + 3i⋅ (- 7i) = = 10 – 14i + 15i + 21 = 31 + i.
4) Деление.
Определение. Разделить комплексное число z1 на комплексное число z2, значит найти такое комплексное число z, что z · z2 = z1.
- Закрепление материала урока (примеры 1, 2 уч-ся решают у доски, примеры 3, 4 решают самостоятельно, выполняют тестовое задание).
Задание 1. Решить примеры (уч-ся решают у доски).
Пример 1. Даны два комплексных числа:
z1=1 + i
z2=-6 + 4i
Найти:
- сумму z = z1+ z2
- разность z = z1 — z2
- произведение z = z1 · z2.
- частное z = z1/ z2
Пример 2. Даны два комплексных числа:
z1=1 +2 i
z2=5 — 3i
Найти:
- сумму z = z1+ z2
- разность z = z1 — z2
- произведение z = z1 · z2.
- частное z = z1/ z2
Задание 2. Решить примеры (уч-ся решают самостоятельно, с последующей проверкой).
Пример 3. Даны два комплексных числа:
Z1= (1+3i)
Z2= (1-3i)
Найти:
- сумму z = z1+ z2
- разность z = z1 — z2
- произведение z = z1 · z2.
- частное z = z1/ z2
Пример 4. Даны два комплексных числа:
Z1= (2-i)
Z2= (3i+4)
Найти:
- сумму z = z1+ z2
- разность z = z1 — z2
- произведение z = z1 · z2.
- частное z = z1/ z2
Задание 3. Выполнить тест (выберите правильный ответ).
Вариант 1
- На множестве действительных чисел не выполнима операция:
а). деления чисел
б). возведения в степень отрицательного числа
в). извлечения корня из отрицательного числа
г). сравнения чисел
- Комплексные числа были введены для получения дополнительных возможностей при решении:
а). систем линейных уравнений
б). квадратных уравнений
в. уравнений высших степеней
г). тригонометрических уравнений
- Что представляет собой число i:
А). число, квадратный корень из которого равен – 1
б). число, квадрат которого равен – 1
в). число, квадратный корень из которого равен1
г). число, квадрат которого равен1
- Числа 5; 3-6i; 2,7; 2i принадлежат множеству:
а). действительных чисел
б). мнимых чисел
в). иррациональных чисел
г). комплексных чисел
- Термин «мнимые числа» ввел:
а). Декарт
б). Эйлер
в). Кардано
г). Муавр
- Из предложенных чисел выберите чисто мнимое число:
а). z = 5 — 3i
б). z = 75i
в). z = 32
г). z = 0
- Выражение z = a+bi называется:
а). вещественной частью комплексного числа
б). мнимой частью комплексного числа
в). тригонометрической формой комплексного числа
г). алгебраической формой комплексного числа
- Числа a+bi и a-bi называются:
а). сопряженными
б). противоположными
в). обратными
г). мнимыми
- Числа a+bi и -a-bi называются:
а). сопряженными
б). противоположными
в). обратными
г). мнимыми
- Два комплексных числа нельзя соединить знаком:
а). равенства
б). неравенства
в). деления
г). Разности
Вариант 2
- На координатной плоскости число изображается:
А. точкой или радиус-вектором
б). отрезком
в). плоской геометрической фигурой
г). заштрихованной частью плоскости
- Аргументом комплексного числа называется:
а). вещественная часть комплексного числа
б). мнимая часть комплексного числа
в. расстояние от начала координат до точки, в виде которой отображается комплексное число
г). угол, который радиус-вектор от начала координат до точки, в виде которой отображается комплексное число, образует с осью Ox
- Модулем комплексного числа называется:
а). данное комплексное число без учета знака
б). расстояние от начала координат до точки, в виде которой отображается комплексное число
в). расстояние от осей координат до точки, в виде которой отображается комплексное число
г). сумма вещественной и мнимой части
- На комплексной плоскости числу i соответствует точка с координатами:
а). (0;0)
б). (1;1)
в). (1;0)
г). 0;1)
- Модуль комплексного числа z = 4 + 3i равен:
а). 25
б). 1
в). 7
г). 5
- Вычислить: (3-i) + (-1+2i)
а). 2+i
б). 4+3i
в). 2+3i
г). -3-2i
- Вычислить: (4-2i) – (-3+2i)
а). 1-4i
б). 7-4i
в). 1
г). 7
- Вычислить: (4-2i) × i
а). 2i
б). 6i
в). 2+4i
г). 4i-2
- Вычислить: 1/i
а). 1
б). -1
в). i
г). –i
- Вычислить: 1 / (1-i)
а). 1/2+1/2i
б). 1/2-1/2i
в). 1+i
г). -1+i
Вариант 3.
- Какие из предложенных чисел являются комплексными:
1) 17+2i
2) i-26
3) 11
4) -7
5) i
а). таких чисел нет
б). все
в). 1, 2,4
- Дано число 3i — 4. Верно ли что действительная часть = 3, мнимая = -4, а модуль |Z| = 5 ?
а). всё верно, ошибок нет
б). ошибка в действительной и мнимой части
в). все неверно
г). ошибка в модуле z
- Даны два числа 2+3i и 6i -7. Определите какое число является разностью указанных чисел.
а). 9-3i
б). -4+10i
в). -5+9i
г). 8-4i
- Определите какой алгоритм позволяет перемножить два комплексных числа?
а). надо сложить аргументы комплексных чисел и перемножить их модули
б). надо перемножить аргументы комплексных чисел и перемножить их модули
в). надо сложить модули комплексных чисел и перемножить их аргументы
- Определите, какое число является сопряженным
к числу 2i-3.
а). -2i — 3
б). 3 + 2i
в). 3 — 2i
- 6. Вычислите произведение комплексных чисел
z1 = 2 — i и z2 = 3i
а). 3 + 6i
б). -3 — 6i
в). 6 — 3i
- Определите какая форма записи не относится к числу 1+ i
а). √2(cos π/4+ i sin π/4)
б). √2(cos1+ i sin1)
в). -2(cos1+ i sin1)
г). 2(cos π/4+ i sin π/4)
- Вычислите: (5 + i) ( -2 +3i)
а). 13i — 13
б). -13+ 17i
в). 13i – 7
- Вычислите (1 + i)2
а). 2 +2i
б). -2i
в. 2i
- Cколько корней имеет уравнение: 4x2+ 4x + 5 = 0.
а). нет корней
б). один корень
в). два корня
Эталоны ответов:
| Вариант 1 | 1в | 2б | 3б | 4г | 5а | 6б | 7г | 8а | 9б | 10а |
| Вариант 2 | 1б | 2а | 3а | 4б | 5г | 6а | 7г | 8б | 9б | 10б |
| Вариант 3 | 1б | 2б | 3б | 4в | 5а | 6г | 7а | 8а | 9а | 10в |
- Подведение итогов урока (выводы по теме, выставление и оглашение оценок с комментариями).
- Домашнее задание: решить примеры (выписаны на доске).
- Даны два комплексных числа: Z1= (5-i)
Z2= (3i+4)
Выполните: сложение, вычитание, умножение и деление комплексных чисел.
- Даны два комплексных числа: Z1= (1+4i)
Z2= (1-3i)
Выполните: сложение, вычитание, умножение и деление комплексных чисел.
Приложение 1
Тема: «Комплексные числа. Операции над комплексными числами».
Определение. Комплексным числом называется выражение вида a + bi, где a и b — действительные числа, i представляет собой мнимую единицу, символ, квадрат которого равен -1, то есть i2= -1. Число а представляет собой действительную часть, b — мнимую часть комплексного числа z = a + bi. Запись комплексного числа в виде
a + bi называют алгебраической формой комплексного числа.
При этом выполняются условия:
а) Два комплексных числа a1 + b1i и a2 + b2i равны тогда и только тогда, когда a1=a2, b1=b2.
б) Сложение комплексных чисел определяется правилом:
(a1 + b1i) + (a2 + b2i) = (a1 + a2) + (b1 + b2) i.
в) Вычитание комплексных чисел определяется правилом:
(a1 + b1i) — (a2 + b2i) = (a1 — a2) + (b1 — b2) i.
г) Умножение комплексных чисел определяется правилом:
(a1 + b1i) (a2 + b2i) = (a1a2 — b1b2) + (a1b2 — a2b1) i.
Операции над комплексными числами.
Над комплексными числами в алгебраической форме можно выполнять следующие действия.
1) Сложение.
Определение. Суммой комплексных чисел z1 = a1 + b1i и z2 = a2 + b2i называется комплексное число z, действительная часть которого равна сумме действительных частей z1 и z2, а мнимая часть — сумме мнимых частей чисел z1 и z2, то есть
z = (a1 + a2) + (b1 + b2)i.
Числа z1 и z2 называются слагаемыми.
Сложение комплексных чисел обладает следующими свойствами:
1º. Коммутативность: z1 + z2 = z2 + z1.
2º. Ассоциативность: (z1 + z2) + z3 = z1 + (z2 + z3).
3º. Комплексное число –a –bi называется противоположным комплексному числу z = a + bi. Комплексное число, противоположное комплексному числу z, обозначается -z. Сумма комплексных чисел z и -z равна нулю: z + (-z) = 0
Пример1 . Выполните сложение (3 – i) + (-1 + 2i).
(3 – i) + (-1 + 2i) = (3 + (-1)) + (-1 + 2) i = 2 + 1i.
2) Вычитание.
Определение. Вычесть из комплексного числа z1 комплексное число z2, значит найти такое комплексное число z, что z + z2 = z1.
Теорема. Разность комплексных чисел существует и притом единственна.
Пример 2. Выполните вычитание (4 – 2i) — (-3 + 2i).
(4 – 2i) — (-3 + 2i) = (4 — (-3)) + (-2 — 2) i = 7 – 4i.
3) Умножение.
Определение. Произведением комплексных чисел z1=a1+b1i и z2=a2+b2i называется комплексное число z, определяемое равенством: z = (a1a2 – b1b2) + (a1b2 + a2b1)i.
Числа z1 и z2 называются сомножителями.
Умножение комплексных чисел обладает следующими свойствами:
1º. Коммутативность: z1z2 = z2z1.
2º. Ассоциативность: (z1z2)z3 = z1(z2z3)
3º. Дистрибутивность умножения относительно сложения:
(z1 + z2) z3 = z1z3 + z2z3.
4º. z · = (a + bi)(a – bi) = a2 + b2 — действительное число.
На практике умножение комплексных чисел производят по правилу умножения суммы на сумму и выделения действительной и мнимой части.
В следующем примере рассмотрим умножение комплексных чисел двумя способами: по правилу и умножением суммы на сумму.
Пример 3. Выполните умножение (2 + 3i) (5 – 7i).
1 способ. (2 + 3i) (5 – 7i) = (2⋅ 5 – 3 (- 7)) + (2⋅ (- 7) + 3⋅ 5)i = = (10 + 21) + (- 14 + 15)i = 31 + i.
2 способ. (2 + 3i) (5 – 7i) = 2⋅ 5 + 2⋅ (- 7i) + 3i⋅ 5 + 3i⋅ (- 7i) = = 10 – 14i + 15i + 21 = 31 + i.
4) Деление.
Определение. Разделить комплексное число z1 на комплексное число z2, значит найти такое комплексное число z, что z · z2 = z1.
Приложение 2
Задание 1. Решить примеры (решить примеры у доски).
Пример 1. Даны два комплексных числа:
z1=1 + i
z2=-6 + 4i
Найти:
- сумму z = z1+ z2
- разность z = z1 — z2
- произведение z = z1 · z2.
Пример 2. Даны два комплексных числа:
z1=1 +2 i
z2=5 — 3i
Найти:
- сумму z = z1+ z2
- разность z = z1 — z2
- произведение z = z1 · z2.
- частное z = z1/ z2
Задание 2. Решить примеры (самостоятельно).
Пример 3. Даны два комплексных числа:
Z1= (1+3i)
Z2= (1-3i)
Найти:
- сумму z = z1+ z2
- разность z = z1 — z2
- произведение z = z1 · z2.
- частное z = z1/ z2
Пример 4. Даны два комплексных числа:
Z1= (2-i)
Z2= (3i+4)
Найти:
- сумму z = z1+ z2
- разность z = z1 — z2
- произведение z = z1 · z2.
- частное z = z1/ z2
Приложение 3
Задание 3. Выполнить тест (выберите правильный ответ).
Вариант 1
- На множестве действительных чисел не выполнима операция:
а). деления чисел
б). возведения в степень отрицательного числа
в). извлечения корня из отрицательного числа
г). сравнения чисел
- Комплексные числа были введены для получения дополнительных возможностей при решении:
а). систем линейных уравнений
б). квадратных уравнений
в. уравнений высших степеней
г). тригонометрических уравнений
- Что представляет собой число i:
А). число, квадратный корень из которого равен – 1
б). число, квадрат которого равен – 1
в). число, квадратный корень из которого равен1
г). число, квадрат которого равен1
- Числа 5; 3-6i; 2,7; 2i принадлежат множеству:
а). действительных чисел
б). мнимых чисел
в). иррациональных чисел
г). комплексных чисел
- Термин «мнимые числа» ввел:
а). Декарт
б). Эйлер
в). Кардано
г). Муавр
- Из предложенных чисел выберите чисто мнимое число:
а). z = 5 — 3i
б). z = 75i
в). z = 32
г). z = 0
- Выражение z= a+bi называется:
а). вещественной частью комплексного числа
б). мнимой частью комплексного числа
в). тригонометрической формой комплексного числа
г). алгебраической формой комплексного числа
- Числа a+bi и a-bi называются:
а). сопряженными
б). противоположными
в). обратными
г). мнимыми
- Числа a+bi и -a-bi называются:
а). сопряженными
б). противоположными
в). обратными
г). мнимыми
- Два комплексных числа нельзя соединить знаком:
а). равенства
б). неравенства
в). деления
г). разности
Вариант 2
- На координатной плоскости число изображается:
А. точкой или радиус-вектором
б). отрезком
в). плоской геометрической фигурой
г). заштрихованной частью плоскости
- Аргументом комплексного числа называется:
а). вещественная часть комплексного числа
б). мнимая часть комплексного числа
в. расстояние от начала координат до точки, в виде которой отображается комплексное число
г). угол, который радиус-вектор от начала координат до точки, в виде которой отображается комплексное число, образует с осью Ox
- Модулем комплексного числа называется:
а). данное комплексное число без учета знака
б). расстояние от начала координат до точки, в виде которой отображается комплексное число
в). расстояние от осей координат до точки, в виде которой отображается комплексное число
г). сумма вещественной и мнимой части
- На комплексной плоскости числу i соответствует точка с координатами:
а). (0;0)
б). (1;1)
в). (1;0)
г). 0;1)
- Модуль комплексного числа z= 4 + 3i равен:
а). 25
б). 1
в). 7
г). 5
- Вычислить: (3-i) + (-1+2i)
а). 2+i
б). 4+3i
в). 2+3i
г). -3-2i
- Вычислить: (4-2i) – (-3+2i)
а). 1-4i
б). 7-4i
в). 1
г). 7
- Вычислить: (4-2i) × i
а). 2i
б). 6i
в). 2+4i
г). 4i-2
- Вычислить: 1/i
а). 1
б). -1
в). i
г). –i
- Вычислить: 1 / (1-i)
а). 1/2+1/2i
б). 1/2-1/2i
в). 1+i
г). -1+i
Вариант 3.
- Какие из предложенных чисел являются комплексными:
1) 17+2i
2) i-26
3) 11
4) -7
5) i
а). таких чисел нет
б). все
в). 1, 2,4
- Дано число 3i — 4. Верно ли что действительная часть = 3, мнимая = -4, а модуль |Z| =5 ?
а). всё верно, ошибок нет
б). ошибка в действительной и мнимой части
в). все неверно
г). ошибка в модуле z
3.Даны два числа 2+3i и 6i -7. Определите какое число является разностью указанных чисел.
а). 9-3i
б). -4+10i
в). -5+9i
г). 8-4i
4.Определите какой алгоритм позволяет перемножить два комплексных числа?
а). надо сложить аргументы комплексных чисел и перемножить их модули
б). надо перемножить аргументы комплексных чисел и перемножить их модули
в). надо сложить модули комплексных чисел и перемножить их аргументы
- Определите, какое число является сопряженным
к числу 2i-3.
а). -2i — 3
б). 3 + 2i
в). 3 — 2i
- Вычислите произведение комплексных чисел
z1 = 2 — i и z2 = 3i
а). 3 + 6i
б). -3 — 6i
в). 6 — 3i
- Определите какая форма записи не относится к числу 1+ i
а). √2(cos π/4+ i sin π/4)
б). √2(cos1+ i sin1)
в). -2(cos1+ i sin1)
г). 2(cos π/4+ i sin π/4)
8.Вычислите: (5 + i) ( -2 +3i)
а). 13i — 13
б). -13+ 17i
в). 13i – 7
- Вычислите (1 + i)2
а). 2 +2i
б). -2i
в. 2i
- Cколько корней имеет уравнение: 4x2+ 4x + 5 = 0.
а). нет корней
б). один корень
в). два корня
Эталоны ответов:
| Вариант 1 | 1в | 2б | 3б | 4г | 5а | 6б | 7г | 8а | 9б | 10а |
| Вариант 2 | 1б | 2а | 3а | 4б | 5г | 6а | 7г | 8б | 9б | 10б |
| Вариант 3 | 1б | 2б | 3б | 4в | 5а | 6г | 7а | 8а | 9а | 10в |

