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在A level考试9709数学科目中pure mathematics 3考卷考察范围内有一章节名为complex number,即复数章节。这部分知识点虽然理解难度不大,但是在我国普通高中的数学学习中涉及的较少,考生在接受上有比较大的难度,解题运用方面也会多少受阻。尤其其中的the Argand diagram(阿干特图)对很多同学来说无疑是一只拦路虎。
现行版本CAIE考试局pure mathematics 2&3的教材中,第十一章也就是最后一张,是复数内容,其中包含5节内容,前两节简述了虚数i和复数的概念,第三节出现了虚数的坐标体系,也就是the Argand diagram(阿干特图)。
1.什么是The Argand Diagram(阿干特图)
那the Argand diagram(阿干特图)到底是什么呢?阿干特图类似于笛卡尔坐标系,由两个互相垂直的轴组成,其区别在于阿干特图的一轴为实数轴,另一为虚数轴,而笛卡尔坐标系两轴均为实数轴。下图显示二者的区别:
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所以任意虚数都可以用z=a+ib的形式表述,把这里ib想象成普通坐标系里的纵坐标y。复数的这种几何表示的概念在1797年由挪威的测量学家维塞尔(Caspar Wessel)提出,随即又经瑞士的藏书家阿干特(Jean-Robert Argand)出书进行讨论并得到了高斯的认同,因此这种坐标几何表示也被称为阿干特图(the Argand diagram),其中a,b都是实数,i是虚数,即-1的平方根。
1.三种表现形式和相关转换
2.1 与向量很相似的polar form,服务于计算的modulus-argument form
那虚数z=a+ib的模(modulus),就应该根据勾股定理。说到这里,是不是会联想到向量(vector)的表述方式?是的,阿干特图里的复数,其实就可以理解成不同坐标体系里的向量。既然可以与向量的坐标形式共通理解,那么复数自然也像向量一样既存在模(modulus)的计算,还有幅角(argument),记作。
例1: u =,4+3i, write u in modulus-argument form.
Answer: u = 4+3i
|u|= , correct to 3 significant figures
如果是个负角,那么计算时候要注意角度
例2:u = 4-3i, write u in modulus-argument form.
Answer: u = 4+3i
|u|= ,
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correct to 3 significant figures
2.2 复数的指数形式(Exponential form)
数学家Leonhard Euler发现的,,基于此,复数的指数形式还可以记作指数形式。
其中r=|z|, arg z
坐标被称为polar coordinates.
2.3 复数的三种形式转换
比如说例1中提到的复数u,
Polar form u=4+3i
Modulus-argument form
Exponential form
这三种表达在阿干特图上都是同一个复数,各自强调的重点不同,这和我们早期P1的二次函数图像的三种表达式有异曲同工的意义。
1.试卷中的出题形式和考察难度
观察历年考题可以发现这个考点作为复数知识点的a问考察还比较频繁,在b问和之后的拓展题型中还会延伸一些复数的“四则运算”,和解二次及多次方程相关运用。
例如CAIE18年冬季P3的第8题
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本题分值5分,相当可观,考察的是polar form和exponential form之间的转换,做题思路梳理一下有4个步骤:
i.化简这个polar form. 化简复数的时候利用平方差公式是个很快捷的方法。
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i.利用勾股定理求r
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i.利用tan反求
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i.正确书写exponential form
以上就是阿干特图传达给我们的复数基础三形式的真题考法,复数知识点结合了阿干特图的坐标,使得内容与向量结合,非常具象化,方便考生理解运用,并加以拓展。