于细微处见真章 在基础处凸能力——2022年高考“复数和平面向量”专题解题分析.pdf
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1、下半月(高中版)2022年第78期(总第267268期)解题研究2022年高考数学每一份试卷均考查了复数和平面向量的知识,题型基本为选择题和填空题.其中,复数主要考查复数的模、共轭复数、复数相等基本概念和复数的四则运算;平面向量主要考查向量的模、夹角等基本概念和向量的线性运算、坐标运算、数量积运算等基本运算,以及简单的应用.命题符合 普通高中数学课程标准(2017年版2020年修订)(以下简称标准)所要求的考查内容应围绕内容主线,聚焦学生对重要概念、定理、方法、思想的理解和应用,强调基础性、综合性;注重数学本质和通性、通法.本文以2022年高考数学中的复数和平面向量试题为例,从三个方面对复数和
2、平面向量试题进行解题分析.一、试题特点分析2022年高考数学复数和平面向量试题,稳中求进,不偏不倚,对基本概念和基本运算的考查合情合理,试题平和大气,给学生以亲切感.试题以选择题和填空题的形式出现,对学生的数学基础知识和基本技能的考查细致入微.1.以概念为依托,考查应用概念解决问题的能力2022年高考数学中的复数和平面向量试题以概念为依托,体现了试题的基础性,要求学生在解答试题时,不仅能厘清有关的概念,而且能应用概念解决问题.例1(全国乙卷理2)已知 z=1-2i,且 z+az+b=0,其中 a,b 为实数,则().(A)a=1,b=-2(B)a=-1,b=2(C)a=1,b=2(D)a=-1
3、,b=-2解法1:因为 z=1-2i,所以 z=1+2i.所以 z+az+b=()1+a+b+()2a-2 i.由 z+az+b=0,得1+a+b=0,2a-2=0,即a=1,b=-2.故答案选 A.解法2:因为 Im()z=-Im()z,且 z+az+b=0,所以 a=1,所以 z+z+b=0.所以 b=-Re()z+Re()z=-2.故答案选 A.【评析】该题主要考查共轭复数和复数相等的概念.利用这些概念求有关参数的值,体现了试题的基础性,考查了学生熟练运用概念进行解题的能力.解法1侧重于计算,即先算出 z,再代入计算,利用实部与虚部都为0解方程组;解法2从共轭复数的特征出发,通过观察得出
4、参数 a 的值,然后利用“复数与其共轭复数的和为其实部的2倍”得到参数 b 的值.从试题的来源看,该题是将教材中的一些习题进行了适当整合.从举一反三的角度来看,该题与2021年全国乙卷理科第1题一样,都是以共轭复数为背景对复数相等的概念进行考查.例 2(全 国 新 高 考 卷 4)已 知 a=()3,4,b=()1,0,c=a+tb,若 a,c=b,c,则 t 的值为().(A)-6(B)-5(C)5(D)6于细微处见真章在基础处凸能力2022年高考“复数和平面向量”专题解题分析欧阳尚昭欧阳尚昭,高转玲高转玲(北京市顺义牛栏山第一中学北京市顺义牛栏山第一中学;北京师范大学附属实验中学顺义学校北
5、京师范大学附属实验中学顺义学校)收稿日期:2022-07-05作者简介:欧阳尚昭(1964),男,正高级教师,主要从事高中数学教育教学及解题研究.摘要:对2022年高考数学复数及平面向量的试题从试题特点和优秀试题两个方面进行了分析,在此基础上给出了复习建议.关键词:复数;平面向量;解题分析 58下半月(高中版)2022年第78期(总第267268期)解题研究解法1:由题意,知 c=()3+t,4.因为 cos a,c=cos b,c,所以 9+3t+165|c=3+t|c,解得 t=5.故答案选C.解法2:因为 a,c=b,c,所以由 a 和 tb 围成的四边形为菱形,如图1所示.所以|tb=
6、|a=5.所以 t=5(舍去负值).故答案选C.Oxyaa+tbb图1tb【评析】该题以向量的坐标表示为背景,以 a,c=b,c 为依托求参数 t 的值.试题的命制基础且常规,对考查学生应用概念解决问题的能力具有积极作用.解法1侧重于利用向量夹角公式的坐标形式进行运算,是一种常规的求解方法;解法2侧重于向量“夹角”概念的内涵,利用数形结合思想解决问题,对学生运用概念解决问题提出了较高的要求.试题题干与人教A版普通高中教科书数学必修第二册(以下统称“人教A版教材”)第37页第12题的题干类似,在其他版本教材中也有类似题目.在向量夹角处命题,体现了高考试题基础性与综合性的统一.2020年高考数学全
7、国卷理科第6题、2019年全国卷文科第8题等试题都是在向量夹角处命制的试题.2.以运算为载体,考查合理选择运算途径的能力以复数和平面向量的有关运算为载体,考查学生选择合理运算途径的能力,是2022年高考数学复数和平面向量试题的又一特点.例3(全国新高考卷2)若 i()1-z=1,则 z+z等于().(A)-2(B)-1(C)1(D)2解法1:由题意,得1-z=1i=ii2=-i.所以 z=1+i.所以 z+z=()1+i+()1-i=2.故答案选D.解法2:因为 i()1-z=1,所以-i()1-z=1.所以()-i-()1-z=1.所以 i()1-z=-1.所以 i()1-z+i()1-z=
8、0,即 i2-()z+z=0.所以 z+z=2.故答案选D.解法3:因为 i()1-z=1,所以1-z=-i.所以 z=1+i.所以 z+z=()1+i+()1-i=2.故答案选D.【评析】该题以向量的乘法为载体,求两个互为共轭的复数的和.解法1利用复数的除法求得 z,进而求得 z+z 的值,这是解决此类问题的通性、通法,值得提倡;解法2充分利用共轭复数的特征,得 i()1-z=-1,与已知等式相加得 i2-()z+z=0,进而有 z+z=2,体现了解题过程中的整体性原则,有利于培养学生解题时的大局观;解法3利用虚数单位的定义“i2=-1”理解条件“i()1-z=1”,这是从定义出发思考问题,
9、需要特别提倡.近几年的高考数学试题几乎每年都涉及复数与其共轭复数的运算.例如,2021年全国新高考卷第2题、2021年全国乙卷理科第1题、2020年全国卷文科第2题和2019年北京卷理科第1题等.例4(全国甲卷文13)已知向量 a=()m,3,b=()1,m+1.若 a b,则 m 的值为.解法1:由题意,知 a b=m+3()m+1=0,解得m=-34.解法2:因为 a b,所以|a-b=|a+b,a+b=()m+1,m+4,a-b=()m-1,2-m.所以()m+12+()m+42=()m-12+()2-m2.解得 m=-34.解法3:由题意,知 m 不为0,则 a=m1,3m.因为 b=
10、()1,m+1,且 a b,所以 3m ()m+1=-1,解得 m=-34.【评析】该题以向量的坐标表示为背景,在 a b的情况下,考查选择不同的运算途径确定参数 m 的值.解法1侧重于向量数量积的坐标运算,将两个向量 59下半月(高中版)2022年第78期(总第267268期)解题研究的位置关系(即垂直)等价转化为它们的数量积为0来求解,是通性、通法,也应该成为学生的首选方法;解法2从向量加法和减法的几何意义出发,在 a b 的条件下,有|a-b=|a+b,由此求出参数 m 的值,虽然运算量比解法1大,但解法2对向量加法和减法的几何意义及数形结合思想的考查是解法1所不能企及的;解法3是将向量
11、垂直等价转化为向量所在的直线垂直,然后利用这两条直线的斜率之积为-1求出参数 m 的值,体现了等价转化的数学思想.该题的背景在各版本教材中都有出现,在两个向量垂直的条件下求参数值的问题是非常常见的.近几年来,2021年全国甲卷理科第14题、2020年全国卷文科第14题、2019年北京卷文科第9题等试题对此类问题都有所考查.3.以知识点间的联系为依据,考查揭示数学本质的能力以各知识点间的联系为依据,要求学生在解决问题时能够全面审视题设条件之间的内在联系,揭示数学本质,考查学生综合运用知识解决问题的能力.例5(全国甲卷理13)设向量 a,b 的夹角的余弦值为 13,且|a=1,|b=3,则()2a
12、+b b 的值为.解法1:设 a 与 b 的夹角为 ,则 cos =13.因为|a=1,|b=3,所以 a b=|a|b cos =1 3 13=1.所以()2a+b b=2a b+b2=2 1+32=11.解法2:设 a=()cos,sin ,b=()3 cos,3 sin .则 2a b=6()cos cos +sin sin .所以()2a+b b=6()cos cos +sin sin +9.因为 cos =3 cos cos +3 sin sin 1 3=cos cos +sin sin=13,所以()2a+b b=11.解法3:因为 cos a,b=13=|a|b,所以设 a=()
13、1,0,则 b=()1,2 2,如图2所示.所以 2a+b=()3,2 2.所以()2a+b b=3+2 2 2 2=11.Oxyab图2解法4:如图3,设 OA=a=()1,0.由解法3知,点 B 在 OA 方向上的射影是点 A.所以 OB=b=()1,2 2.设 OC=2a=()2,0,则 OD=2a+b=()3,2 2.所以()2a+b b=11.图3-1O12345123-1BDACyx解法5:设 a,b 的夹角为 .由图3知,cos OBD=cos()-=-13.在 OBD 中,由余弦定理,得 OD2=OB2+BD2-2OB BD cos OBD=9+4-2 2 3 -13=17.在
14、OBD中,由余弦定理,得2OB OD cos BOD=OB2+OD2-BD2=9+17-4=22.所以()2a+b b=|OD|OB cos BOD=11.【评析】该题涉及的知识点主要有向量夹角的概念,向量模的概念,向量的数乘、加法和数量积等运算.解法1运用向量数量积的性质将向量 2a+b 与向量 b的数量积转化成向量 a 与向量 b 的数量积 a b 和向量 b 的模来计算,要求学生注意知识点之间的联系,整体把握试题的走向,考查了学生利用转化的方法解决问题的能力,是一种通性、通法;解法2根据向量 a与向量 b 的模的大小,将它们的坐标用三角形式表示,然后进行运算,考查了学生综合运用所学知识解
15、决问题的能力,有利于提升学生多角度思考问题的能力;解法3是通过观察,发现 cos a,b=13=|a|b.结合向量 a 与向量 b 的模的大小,将它们用坐标表示出来,然后利用向量的坐标运算解决问题,这种解法要求学生有敏锐的观察力捕捉题设条件中各种显性和隐 60下半月(高中版)2022年第78期(总第267268期)解题研究性的信息;解法4从整体出发,利用解法3的发现,整体上求出向量 2a+b 的坐标表示,然后利用数量积的坐标运算进行求解,体现了认识事物的整体性与敏捷性的统一;解法5是在解法4的基础上,结合余弦定理来解决问题,解法新颖别致,揭示了向量数量积运算的几何含义:如果将平面向量的数量积定
16、义为 a b=12()|a+b2-|a2-|b2,就是我们熟悉的余弦公式.从试题的来源看,各版本教材中都有与该题相同结构的题目.近几年,2018年全国卷文科第4题、2021年北京卷第13题等都与该题有着相同的背景.二、优秀试题分析例6(北京卷10)在ABC 中,AC=3,BC=4,C=90.P 为ABC 所在平面内的动点,且 PC=1,则 PA PB 的取值范围是().(A)-5,3(B)-3,5(C)-6,4(D)-4,6分析:该题以直角三角形为背景,依托动点 P 的运动规律(在以点 C 为圆心、半径为1的圆上运动),建立平面直角坐标系.设点 P 的坐标为()cos,sin ,或者()x,y
17、,表示出 PA,PB,可以根据数量积的运算,或利用辅助角公式及正弦函数的性质来计算,或转化为直线与圆的位置关系问题求解.思路1:建立如图4所示的平面直角坐标系.设点 P的坐标为()cos,sin ,并且将向量 PA,PB 表示成 的三角函数,利用辅助角公式求解.解法1:如图4,建立平面直角坐标系,则 C()0,0,A()3,0,B()0,4.Cxy131-1-1PBA图4因为 PC=1,所以点 P 在以点 C 为圆心、半径为1的圆上运动.设 P()cos,sin ,0,2.所以 PA=()3-cos,-sin ,PB=()-cos,4-sin .所以 PA PB=()-cos ()3-cos
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