複數法是以複數作為溝通數與形間的相互關係,進行數與形的相互轉化,利用複數知識實現問題解決的解題方法。
複數具有如下對應,轉化關係:
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複數轉化關係圖
在這些對應下,複數的各種代數運算都有特定的幾何意義。
因而適當引入複數,利用這種對應關係進行數形轉化,進而可以實現“以形解數”或“以數解形”。
例題1、設
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例題1圖(1)
求證:
例題1圖(2)
解題思路:
待證不等式中的四個無理式具有複數模的形式,可考慮引入複數,用有關複數模的知識解題。
證明:設
例題1圖(3)
例題1圖(4)
例題1圖(5)
例題1圖(6)
例題2、在凸平面四邊形 ABCD 中 ,AC , BD 是對角線 。
求證:AC · BD ≤ AB · CD + AD · BC 。
例題2圖(1)
解題思路:
把線段看成相應複數的模,則待證不等式可轉化成複數模的不等式,在用有關複數模的不等式解決問題。
證明:引入複平面,並設 A , B , C , D 對應的複數分別為 O,z1 , z2 , z3 , 則向量 BC 對應複數 z2 - z1 ,
向量 BD 對應 z3 - z1 ,向量 CD 對應 z3 - z2 ,則
例題2圖(2)
AC · BD = ∣z2∣ · ∣ z3 - z1 ∣ = ∣z2·z3 - z1·z2 ∣ ;
AB · CD = ∣z1∣ · ∣ z3 - z2 ∣ = ∣z1·z3 - z1·z2 ∣ ;
AD · BC = ∣z3∣ · ∣ z2 - z1 ∣ = ∣z2·z3 - z1·z3 ∣ ;
∵ AB · CD + AD · BC = ∣z1·z3 - z1·z2 ∣ + ∣z2·z3 - z1·z3 ∣ ≥ ∣z1·z3 - z1·z2 + z2
·z3 - z1·z3 ∣= ∣z2·z3 - z1·z2 ∣ = AC · BD ,
∴ AC · BD ≤ AB · CD + AD · BC
注:當四邊形 ABCD 內接於圓時,所證不等式取“=”號,也就是著名的托勒密定理 。
例題3、如圖,在正方形 ABCD 中 ,BE∥AC ,AC = EC ,AB 交 CE 於點 F ,求證 :AE = AF 。
例題3圖
證明:建立如圖所示的複平面,以點 B 為座標原點,BC 所在的直線為 x 軸,BA 為 y 軸 。
設已知正方形邊長為 a (a > 0),∠ECA = θ 。
則 向量 CA 對應的複數為 z1 = -a + ai ;
向量 CE 對應的複數為 z2 = z1 · (cosθ + isinθ),
即 z2 = ( -a + ai)(cosθ + isinθ)= ( -acosθ - asinθ)+ i(acosθ - asinθ)。
∵ 向量 BE∥向量CA
∴ 設 向量BE = λ · 向量CA
則向量 BE 對應的複數為 λ( -a + ai)
∵ 向量 CE = 向量 BE - 向量 BC
∴ 向量 CE 又對應複數 z2 = λ( -a + ai)- a = -λa - a + λai
∴ ( -acosθ - asinθ)+ i(acosθ - asinθ)= -λa - a + λai
由兩個複數相等的充要條件可得
-acosθ - asinθ = -λa - a ①
acosθ - asinθ = λa ②
① + ② :-2asinθ = -a , 即 sinθ = 1/2 ,
∴ θ = 30°
∵ △AEC 是等腰三角形 ,∠ECA = 30° ,
∴ ∠AEC = 75° 。
又 ∵ ∠EFA = ∠ACE + ∠CAF = 30° + 45° = 75° = ∠AEF
∴ AE = AF
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