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第2课时 精研题型明考向——平面向量的数量积及应用
一、真题集中研究——明考情
1.(2020·全国卷Ⅲ·考查数量积的运算、模)
已知向量a,b满足|a|=5,|b|=6,a·b=-6,则cos〈a,a+b〉=( )
A.- B.-
C. D.
解析:选D 由题意,得a·(a+b)=a2+a·b=25-6=19,|a+b|===7,所以cosa,a+b
===,故选D.
2.(2020·全国卷Ⅱ·考查向量垂直)
已知单位向量a,b的夹角为60°,则在下列向量中,与b垂直的是( )
A.a+2b B.2a+b
C.a-2b D.2a-b
解析:选D 法一:由题意,得a·b=|a|·|b|cos 60°=.
对于A,(a+2b)·b=a·b+2b2=+2=≠0,故A不符合题意;
对于B,(2a+b)·b=2a·b+b2=1+1=2≠0,故B不符合题意;
对于C,(a-2b)·b=a·b-2b2=-2=-≠0,故C不符合题意;
对于D,(2a-b)·b=2a·b-b2=1-1=0,所以(2a-b)⊥b.故选D.
法二:不妨设a=,b=(1,0),则a+2b=,2a+b=(2,),a-2b=,2a-b=(0,),易知,只有(2a
-b)·b=0,即(2a-b)⊥b,故选D.
法三:根据条件,分别作出向量b与A,B,C,D四个选项对应的向量的位置关系,如图所示:
由图易知,只有选项D满足题意,故选D.
3.(2019·全国卷Ⅱ·考查数量积的坐标运算)
已知AB=(2,3),AC=(3,t),|BC|=1,则AB·BC=( )
A.-3 B.-2
C.2 D.3
解析:选C ∵BC=AC-AB=(3,t)-(2,3)=(1,t-3),|BC|=1,∴=1,解得t=3,∴BC=(1,0),
∴AB·BC=2×1+3×0=2.
4.(2019·全国卷Ⅰ·考查两向量的夹角)
已知非零向量a,b满足|a|=2|b|,且(a-b)⊥b,则a与b的夹角为( )
A. B.
C. D.
解析:选B 由(a-b)⊥b,可得(a-b)·b=0,即a·b=b2.
∵|a|=2|b|,∴cos〈a,b〉===.
又∵0≤〈a,b〉≤π,∴a与b的夹角为.
5.(2020·新高考全国卷Ⅰ·考查数量积的范围)
已知P是边长为2的正六边形ABCDEF内的一点,则AP·AB的取值范围是( )
A.(-2,6) B.(-6,2)
C.(-2,4) D.(-4,6)
解析:选A 法一:如图,取A为坐标原点,AB所在直线为x轴建立平面
直角坐标系,则A(0,0),B(2,0),C(3,),F(-1,).
设P(x,y),则AP=(x,y),
AB=(2,0),且-1b,所以A>B,且B是△ABC一内角,则B=.
由余弦定理得(4)2=52+c2-2×5×c×,
解得c=1(舍去负值),
故向量BA在BC方向上的投影为|BA|cos B=ccos B=1×=.
[方法技巧]平面向量与三角函数的综合问题的解题思路
(1)若题目条件给出向量的坐标中含有三角函数的形式,则运用向量共线或垂直或等式成立
等,得到三角函数的关系式,然后求解.
(2)给出用三角函数表示的向量坐标,要求的是向量的模或者其他向量的表达形式,解题思路
是经过向量的运算,利用三角函数在定义域内的有界性,求得值域等.
[针对训练]
已知A,B,C分别为△ABC的三边a,b,c所对的角,向量m=(sin A,sin B),n=(cos B,cos
A),且m·n=sin 2C.
(1)求角C的大小;
(2)若sin A,sin C,sin B成等差数列,且CA·(AB-AC)=18,求边c的长.
解:(1)由已知得m·n=sin Acos B+cos Asin B
=sin(A+B),
因为A+B+C=π,
所以sin(A+B)=sin(π-C)=sin C,
所以m·n=sin C,又m·n=sin 2C,
所以sin 2C=sin C,2sin Ccos C=sin C,sin C≠0,
所以cos C=.又0sin A,∴B>A,故A为锐角,
∴cos A=,
∴cos C=-cos(A+B)=-cos Acos B+sin Asin B=.
(2)由余弦定理b2=a2+c2-2accos B得,
16=a2+c2-ac≥2ac-ac=ac,当且仅当a=c时等号成立,∴ac≤13,
∴AB·BC=accos(π-B)=-accos B=-ac≥-5.
故AB·BC的最小值为-5.
二、自选练——练高考区分度
1.△ABC中,|AC|=2,|AB|=2,∠BAC=120°,AE=λAB,AF=μAC,M为线
段EF的中点,若|AM|=1,则λ+μ的最大值为( )
A. B.
C.2 D.
解析:选C AM=(AE+AF)
=AB+AC,
∴|AM|2=2=λ2+μ2+×4cos 120°=λ2+μ2-λμ=1,
∴1=λ2+μ2-λμ=(λ+μ)2-3λμ≥(λ+μ)2-(λ+μ)2=(λ+μ)2,
∴λ+μ≤2,当且仅当λ=μ=1时等号成立.故选C.
2.(2021·河北部分重点中学联考)已知向量a,b,c满足:a=(4,0),b=(4,4),(a-c)·(b-c)=0,
则b·c的最大值是( )
A.24 B.24-8
C.24+8 D.8
解析:选C 设OA=a=(4,0),OB=b=(4,4),OC=c=(x,y),则a-c=(4-x,-y),b-c=(4-
x,4-y),又知(a-c)·(b-c)=0,∴(4-x)2-y(4-y)=0,即(x-4)2+(y-2)2=4,∴点C的轨迹
方程为(x-4)2+(y-2)2=4.
而b·c=4x+4y,令z=4x+4y,由平面几何知识可得当直线4x+4y-z=0与圆(x-4)2+(y-
2)2=4相切时,z取得最大值或最小值,即z =24+8,故选C.
max
3.已知平面向量PA,PB满足|PA|=|PB|=1,PA·PB=-.若|BC|=1,则|AC|的最大值为( )A.-1 B.-1
C.+1 D.+1
解析:选D 因为|PA|=|PB|=1,PA·PB=-,所以cos∠APB=-,即
∠APB=,由余弦定理可得AB==.如图,建立
平面直角坐标系,则A,B,由题设点C(x,y)在以B为圆心,半径为1的
圆上运动,结合图形可知,点C(x,y)运动到点D时,有|AC| =|AD|=|
max
AB|+1=+1.故选D.
4.在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,且满足(a-c)BA·BC=cCB·CA.
(1)求角B的大小;
(2)若|BA-BC|=,求△ABC面积的最大值.
解:(1)由题意得(a-c)cos B=bcos C.
根据正弦定理得(sin A-sin C)cos B=sin Bcos C,
所以sin Acos B=sin(C+B),
即sin Acos B=sin A,因为A∈(0,π),所以sin A>0,
所以cos B=,又B∈(0,π),所以B=.
(2)因为|BA-BC|=,所以|CA|=,即b=,
根据余弦定理及基本不等式得6=a2+c2-ac≥2ac-ac=(2-)ac(当且仅当a=c时取等号),
即ac≤3(2+).
故△ABC的面积S=acsin B≤,
因此△ABC的面积的最大值为.
第四节 复数
核心素养立意下的命题导向
1.通过方程的解,认识复数.
2.结合复数的代数表示及其几何意义,考查复数的实部、虚部,共轭复数,复数的模等概念的
认识,凸显逻辑推理、数学运算的核心素养.
3.结合复数的运算法则,考查复数的加、减、乘、除运算,凸显数学运算的核心素养.
[理清主干知识]
1.复数的定义及分类
(1)复数的定义:
形如a+bi(a,b∈R)的数叫做复数,其中实部是a,虚部是b.
(2)复数的分类:
2.复数的有关概念复数相等 a+bi=c+di⇔ a = c 且 b = d (a,b,c,d∈R)
共轭复数 a+bi与c+di共轭⇔ a = c 且 b =- d (a,b,c,d∈R)
向量OZ―→的模叫做复数z=a+bi的模,记作|z|或|a+bi|,即|z|=|a+bi|=r=
复数的模
(r≥0,a,b∈R)
3.复数的几何意义
复平面
建立直角坐标系来表示复数的平面叫做复平面
的概念
实轴、 在复平面内,x轴叫做实轴,y轴叫做虚轴,实轴上的点都表示实数;除原点以
虚轴 外,虚轴上的点都表示纯虚数
复数的
复数z=a+bi 复平面内的点 Z ( a , b ) 平面向量OZ
几何表示
4.复数的运算法则
设z=a+bi,z=c+di(a,b,c,d∈R),则:
1 2
(1)z+z=(a+bi)+(c+di)= ( a + c ) + ( b + d )i ;
1 2
(2)z-z=(a+bi)-(c+di)= ( a - c ) + ( b - d )i ;
1 2
(3)z·z=(a+bi)(c+di)= ( ac - bd ) + ( ad + bc )i ;
1 2
(4)===+i(c+di≠0).
5.复数运算的几个重要结论
(1)|z+z|2+|z-z|2=2(|z|2+|z|2).
1 2 1 2 1 2
(2)·z=|z|2=||2.
(3)若z为虚数,则|z|2≠z2.
(4)(1±i)2=±2i.
(5)=i;=-i.
(6)i4n=1;i4n+1=i;i4n+2=-1;i4n+3=-i.
[澄清盲点误点]
一、关键点练明
1.(复数的概念)复数z=的虚部为( )
A. B.i
C.- D.-i
解析:选A z====+i.故选A.
2.(复数的模)复数z=(1+i)2,则|z|=( )
A.0 B.1
C.2 D.3
解析:选C 由题得z=2i,所以|z|=2.故选C.3.(复数的几何意义)复数z=在复平面上的对应点位于( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
解析:选A z===2+i,在复平面上的对应点为,位于第一象限.故选A.
4.(复数的运算)若复数z满足z·i=1+i(i是虚数单位),则z的共轭复数是________.
解析:由z·i=1+i,得z===1-i,
∴z=1+i.
答案:1+i
二、易错点练清
1.(概念理解错误)i为虚数单位,复数的虚部是( )
A.-1 B.1
C.i D.-i
解析:选B 由题意得,===i,所以复数的虚部是1.故选B.
2.(混淆绝对值与复数模的含义)若z=3+4i,则|z|=( )
A. B.5
C.7 D.25
解析:选B 因为z=3+4i,
所以|z|===5.
考点一 复数的概念
1.(2020·浙江高考)已知a∈R,若a-1+(a-2)i(i为虚数单位)是实数,则a=( )
A.1 B.-1
C.2 D.-2
解析:选C 因为a-1+(a-2)i是实数,所以a-2=0,所以a=2,故选C.
2.(2020·全国卷Ⅰ)若z=1+2i+i3,则|z|=( )
A.0 B.1
C. D.2
解析:选C 因为z=1+2i+i3=1+2i-i=1+i,
所以|z|==,故选C.
3.(多选)已知i为虚数,且复数z满足z(1+2i)=1+i3,则下列关于复数z的命题中正确的为(
)
A.复数z的虚部为-
B.|z|=
C.复数z对应的点在第三象限
D.z<1+2i
解析:选AC z===,则复数z的虚部为-,故A正确;
|z|= =,故B错误;
复数z对应的点为,为第三象限内的点,故C正确;
虚数不能比较大小,故D错误.故选A、C.
4.(多选)(2021年1月新高考八省联考卷)设z,z,z 为复数,z≠0.下列命题中正确的是(
1 2 3 1
)
A.若|z|=|z|,则z=±z
2 3 2 3
B.若zz=zz,则z=z
1 2 1 3 2 3
C.若 =z,则|zz|=|zz|
2 3 1 2 1 3
D.若zz=|z|2,则z=z
1 2 1 1 2
解析:选BC 由复数的形式知选项A显然不正确;
当zz=zz 时,有zz-zz=z(z-z)=0,又z≠0,所以有z=z,故选项B正确;
1 2 1 3 1 2 1 3 1 2 3 1 2 3
当 =z 时,则z=,
2 3 2 3
|zz|2-|zz|2=(zz)( )-(zz)( )=zz -zz =0,故选项C正确;
1 2 1 3 1 2 12 1 3 13 1 212 1 313
当zz=|z|2时,则zz=|z|2=z ⇒zz-z =z(z-)=0,又z≠0,所以 =z,故选项D不正
1 2 1 1 2 1 11 1 2 11 1 2 1 1 1 2
确.
5.已知复数z=+的实部与虚部的和为2,则实数a的值为________.
解析:易知z=+=+=+,由题意得+=2,解得a=3.
答案:3
[方法技巧]
解决复数概念问题的方法及注意事项
(1)求一个复数的实部与虚部,只需将已知的复数化为代数形式z=a+bi(a,b∈R),则该复数
的实部为a,虚部为b.
(2)求一个复数的共轭复数,只需将此复数整理成标准的代数形式,实部不变,虚部变为相反
数,即得原复数的共轭复数.复数z=a+bi与z=c+di共轭⇔a=c,b=-d(a,b,c,d∈R).
1 2
(3)复数是实数的条件:
①z=a+bi∈R⇔b=0(a,b∈R);
②z∈R⇔z=;③z∈R⇔z2≥0.
(4)复数是纯虚数的条件: ①z=a+bi是纯虚数⇔a=0且b≠0(a,b∈R); ②z是纯虚数⇔z+
=0(z≠0);③z是纯虚数⇔z2<0.
考点二 复数代数形式的运算
[典题例析]
(1)(2020·新高考全国卷Ⅱ)(1+2i)(2+i)=( )
A.-5i B.5i
C.-5 D.5
(2)(2020·全国卷Ⅰ)若z=1+i,则|z2-2z|=( )A.0 B.1
C. D.2
(3)(2020·新高考全国卷Ⅰ)=( )
A.1 B.-1
C.i D.-i
[解析] (1)(1+2i)(2+i)=2+4i+i-2=5i,故选B.
(2)法一:∵z=1+i,∴|z2-2z|=|(1+i)2-2(1+i)|=|2i-2-2i|=2.故选D.
法二:∵z=1+i,∴|z2-2z|=|z||z-2|=×|-1+i|=×=2.故选D.
(3)===-i.
[答案] (1)B (2)D (3)D
[方法技巧] 复数代数形式运算问题的解题策略
复数的 在进行复数的加减法运算时,可类比合并同类项,运用法则(实部与
加减法 实部相加减,虚部与虚部相加减)计算即可
复数的 复数的乘法类似于多项式的四则运算,可将含有虚数单位 i的看作
乘法 一类同类项,不含i的看作另一类同类项,分别合并即可
复数的 除法的关键是分子分母同乘以分母的共轭复数,解题中要注意把i
除法 的幂写成最简形式
[针对训练]
1.复数+的共轭复数的虚部为( )
A. B.-
C. D.-
解析:选B ∵+=+=+=-i+=+i,
∴复数+的共轭复数为-i,虚部为-.故选B.
2.计算:
(1)=________;
(2)+=________.
解析:(1)=
===+i.
(2)+=-==-1.
答案:(1)+i (2)-1
考点三 复数的几何意义
[典例] (1)(2020·北京高考)在复平面内,复数z对应的点的坐标是(1,2),则i·z=( )
A.1+2i B.-2+iC.1-2i D.-2-i
(2)在复平面内,复数(i为虚数单位)对应的点位于第一象限,则实数m的取值范围是( )
A.(-∞,-1) B.(-∞,0)
C.(0,+∞) D.(1,+∞)
[解析] (1)由题意知,z=1+2i,所以i·z=i·(1+2i)=-2+i,故选B.
(2)==+i.
∵该复数对应的点位于第一象限,
∴∴解得m>1,
∴实数m的取值范围是(1,+∞),故选D.
[答案] (1)B (2)D
[方法技巧]
复数几何意义问题的解题策略
(1)复数 z、复平面上的点 Z 及向量 OZ―→相互联系,即 z=a+bi(a,b∈R)⇔Z(a,
b)⇔OZ―→.
(2)由于复数、点、向量之间建立了一一对应的关系,因此可把复数、向量与解析几何联系在一
起,解题时可运用数形结合的方法,使问题的解决更加直观.
[针对训练]
1.复数z=在复平面内对应的点位于( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
解析:选D ∵z====-,∴在复平面内对应的点为,位于第四象限,故选D.
2.设复数z满足条件|z|=1,那么|z+2+i|的最大值是( )
A.3 B.2
C.1+2 D.4
解析:选D |z|=1表示单位圆上的点, 那么|z+2+i|表示在单位圆上的点到(-2,-1)的距
离,求最大值转化为点(-2,-1)到原点的距离加上圆的半径.因为点(-2,-1)到原点的距
离为3,所以最大值为4.
3.设复数z满足|z-i|=|z+i|(i为虚数单位),且z在复平面内对应的点为Z(x,y),则下列结论
一定正确的是( )
A.x=1 B.y=1
C.x=0 D.y=0
解析:选D ∵满足|z-i|=|z+i|的点为复平面内到点(0,-1)和(0,1)的距离相等的点的集合,
∴Z(x,y)的轨迹为x轴,其方程为y=0.故选D.
1.已知i为虚数单位,z=,则复数z的虚部为( )A.-2i B.2i
C.2 D.-2
解析:选C z====2+2i,虚部即为i的系数,为2,故选C.
2.设复数z=,f(x)=x2 020+x2 019+…+x+1,则f(z)=( )
A.i B.-i
C.1 D.-1
解析:选C ∵z====-i,
∴f(z)=f(-i)=(-i)2 020+(-i)2 019+…+(-i)+1.
∵(-i)+(-i)2+(-i)3+(-i)4=-i-1+i+1=0,
∴f(z)=505×0+1=1.故选C.
3.若z=+(m-2)i为纯虚数,则实数m的值为( )
A.-2 B.2
C.-3 D.3
解析:选C 因为z=+(m-2)i为纯虚数,所以解得m=-3,故选C.
4.复数z=在复平面内对应的点位于( )
A.第一象限 B.第二象限
C.第三象限 D.第四象限
解析:选D 由题得复数z====1-i,所以复数z对应的点位于复平面第四象限,故选D.
5.“a=-2”是“复数z=(a+2i)(-1+i)(a∈R)为纯虚数”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
解析:选C 当a=-2时,z=(-2+2i)(-1+i)=-4i,则z为纯虚数,
可知“a=-2”是“复数z=(a+2i)(-1+i)(a∈R)为纯虚数”的充分条件;
当z=(a+2i)(-1+i)=(-a-2)+(a-2)i为纯虚数时,有解得a=-2,
可知“a=-2”是“复数z=(a+2i)(-1+i)(a∈R)为纯虚数”的必要条件.
综上所述,“a=-2”是“复数z=(a+2i)(-1+i)(a∈R)为纯虚数”的充要条件.
6.已知a∈R,i是虚数单位,若z=a+i,z·=4,则a=( )
A.1或-1 B.或-
C.- D.
解析:选A ∵z=a+i,∴=a-i,
∴z·=(a+i)(a-i)=a2+3=4,
∴a2=1,∴a=±1,故选A.
7.已知m∈R,复数z=1+3i,z=m+2i,且z· 为实数,则m=( )
1 2 1 2
A.- B.C.3 D.-3
解析:选B 因为z· =(1+3i)(m-2i)=(m+6)+(3m-2)i为实数,所以3m-2=0,解得m
1 2
=.故选B.
8.已知复数z,z 在复平面内的对应点关于实轴对称,z=3-i(i为虚数单位),则=( )
1 2 1
A.-i B.-+i
C.--i D.+i
解析:选A 由题意,复数z,z 在复平面内的对应点关于实轴对称,z=3-i,则z=3+i,则
1 2 1 2
根据复数的运算,得==-i.
9.已知z=a+bi,其中a,b∈R,且满足(a+i)2=bi5,则|z|=( )
A.5 B.
C.3 D.
解析:选B 由已知得(a+i)2=bi,
所以a2-1+(2a-b)i=0,所以a2-1=0且2a-b=0,
解得a=1,b=2或a=-1,b=-2,
所以|z|==.
10.设z是复数,|z-i|≤2(i是虚数单位),则|z|的最大值是( )
A.1 B.2
C.3 D.4
解析:选C ∵|z-i|≤2,
∴复数z在复平面内对应点在以(0,1)为圆心,2为半径的圆上及其内部
(如图).
∴|z|的最大值为3.
11.已知ABCD是复平面内的平行四边形,A,B,C三点对应的复数分别是-2+i,1-i,2+2i,
则点D对应的复数为( )
A.4-i B.-3-2i
C.5 D.-1+4i
解析:选D 由题得A(-2,1),B(1,-1),C(2,2),
设D(x,y),
则AB=(3,-2),DC=(2-x,2-y),
因为AB=DC,所以
解得x=-1,y=4.
所以点D的坐标为(-1,4),
所以点D对应的复数为-1+4i.
12.(多选)已知复数z满足z(2-i)=i(i为虚数单位),复数z的共轭复数为,则( )
A.|z|=
B.=-C.复数z的实部为-1
D.复数z对应复平面上的点在第二象限
解析:选BD 因为复数z满足z(2-i)=i,所以z===-+i,所以|z|= =,故A错误;=-
-i,故B正确;复数z的实部为-,故C错误;复数z对应复平面上的点在第二象限,故D正
确.
13.已知i为虚数单位,且复数z满足z-2i=,则复数z在复平面内的点到原点的距离为(
)
A. B.
C. D.
解析:选B 由z-2i=,
得z=2i+=2i+=+i,
∴复数z在复平面内的点的坐标为,到原点的距离为 =.
14.(多选)已知集合M=,其中i为虚数单位,则下列元素属于集合M的是( )
A.(1-i)(1+i) B.
C. D.(1-i)2
解析:选BC 根据题意,M=,
∴M=.
选项A中,(1-i)(1+i)=2,2∉M;
选项B中,==-i∈M;
选项C中,==i∈M;
选项D中,(1-i)2=-2i∉M,故选B、C.
15.(2020·全国卷Ⅱ)设复数z,z 满足|z|=|z|=2,z+z=+i,则|z-z|=_______.
1 2 1 2 1 2 1 2
解析:法一:设z=a+bi(a,b∈R),则z=-a+(1-b)i,则即
1 2
所以|z-z|2=(2a-)2+(2b-1)2=4(a2+b2)-4(a+b)+4=4×4-4×2+4=12,
1 2
所以|z-z|=2.
1 2
法二:题设可等价转化为向量a,b满足|a|=|b|=2,a+b=(,1),求|a-b|.
因为(a+b)2+(a-b)2=2|a|2+2|b|2,
所以4+(a-b)2=16,所以|a-b|=2,
即|z-z|=2.
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法三:设复数z,z 在复平面内分别对应向量OA,OB,则z+z 对应向量
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OA+OB.
由题知|OA|=|OB|=|OA+OB|=2,如图所示,以OA,OB为邻边作平行四
边形OACB,
则z-z 对应向量BA.
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由OA=AC=OC=2,
可得BA=2OAsin 60°=2.故|z-z|=|BA|=2.
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答案:2
16.已知复数z=m-1+(3-m)i(m∈R)对应的点在x轴上方,则m的取值范围是________.
解析:复数z=m-1+(3-m)i(m∈R)在复平面上对应的点的坐标为(m-1,3-m),如果该点
落在x轴上方,则有3-m>0,解得m<3.
答案:(-∞,3)
17.已知i为虚数单位,z=对应的点在第二象限,则θ是第________象限的角.
解析:∵z==
=cos 2θ+isin 2θ对应的点在第二象限,
∴cos 2θ<0,sin 2θ>0,
∴2kπ+<2θ<2kπ+π,k∈Z,
解得kπ+<θ<kπ+,k∈Z.
当k=2n(n∈Z)时,2nπ+<θ<2nπ+,θ为第一象限角;
当k=2n-1(n∈Z)时,2nπ-<θ<2nπ-,θ为第三象限角.
综上可得,θ是第一、三象限的角.
答案:一、三
18.满足条件|z-i|=|1+i|的复数 z 在复平面上对应的点(x,y)的轨迹方程为
________________.
解析:设z=x+yi,x,y∈R.
∵|z-i|=|1+i|=2,∴|x+(y-1)i|=2,
∴=2,∴x2+(y-1)2=4.
答案:x2+(y-1)2=4