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复数
2001新资料  
(第2页,共5页)

(三) 重点讲解

 例1 设 n 为不超过1999的正整数,若有一个角θ,满足(sinθ+ icosθ)n = sinθ+ icosθ,则这种 n 的总个数为( )
  A、1999   B、500   C、499   D、1998
 解:因sinθ+ icosθ不是复数的三角式,故不能直接应用棣英佛定理,为了使用棣英佛定理,应把
sinθ+ icosθ化成三角式。
 由sinθ+ icosθ=cos(-θ)+isin(-θ)
 及(sinθ+ icosθ)n = sinnθ+ icosnθ
 得[cos(-θ)+isim(-θ)]n = sinnθ+icosnθ
 即
  于是,问题转化为,在不超过1999的正整数中,有多少个n值能使(*)式成立。

  由三角知识有 n=1时,(*)式成立;再考虑到诱导公式,知 n=5,9,13……时,(*)式也成立。

  由等差数列的知识有

  1+(n-1)·4≤1999 即n≤499.5 +1
  故 n 的总个数为500,选B。

  例2 设复数z = (sint - csct) + (sint + csct)i,当t在实数范围内变化时,复数 z 在复平面内对应点的轨迹为( )




解:为得到复数 z 在复平面内对应点的轨迹,可先求出复数 z 的实部与虚部的关系,即寻求轨迹的方程。
   设 z = x+yi,(x, y∈R) 则有
    x = sint - csct = sint-

    y = sint + csct = sint+
  消去sint,得y2 - x2 = 4
  如果到此而选 A,则尚为时过早。
  在解析几何中,把参数方程化为直角坐标方程时,要注意方程的等价性。
  当sint >0时,  y = sint + ≥2

而由0 < sint≤1知,x = sint - ≤0

  当sint<0 时,  y = sint + ≤-2

而由0<sint≤1知  x = sint - ≥0
  故应该选D。
  复数与解析几何有着极为密切的联系,作为巩固练习,请完成下面一题:

  复平面内满足z·z + z + z =3 的复数 z 的对应点所组成的曲线是 C1,由线 C与 C1 关于直线
x - y = 0 对称,若 u = x + yi (x, y∈R)的对应点在曲线C2上,则 的最小值等于_______ 。
  答案为 -5。

例3 已知 z 是虚数,z2+2z 是实数,且,   则 z =________ 。

解:本题常规的解法有两种。

方法一:选择代数形式,把问题化归为待定复数的实,
虚部。
  令 z = x + yi(x,y∈R,y≠0)
  则 z2+2z = (x+yi)2+2(x-yi)
      =(x2-y2+2x)+2y(1-x)i
  ∵z2+2z∈R   ∴2y ( 1 - x ) = 0 又 y≠0
  ∴x = 1 即 z = 1 + yi
   又由 及 3 - z = 2 - yi 知
  ∴y = - 2 从而z = 1 - 2i

方法二:着眼于整体,运用三角形式,先求出3-z,再求z。  
 
  我们看到:方法一是从条件 z 是虚数出发的,方法二是从条件arg ( 3 - z) = 出发的,过程都不那么简单,若从条件 z2+2z 是实数出发,将会怎样?
   ∵ z2+2z 是实数
   ∴ z2+2z =
   即z2+2z = +2z
   有(z - z )( z + z ) = 2(z - z)
   ∵ z 是虚数   ∴z ≠ z 即 z - z ≠0
   ∴ z + z = 2
    故可设 z = 1 + yi,于是由
   arg (3 - z)= arg (2 - yi) = 得 y = -2
   于是 z = 1 - 2i

  例4 (1)已知虚数z满足:z3= 8,求z2 + 2z +3的值。

  (2)复数z的一个四次方根为 4 + 5i,求它的另外三个四次方根

  (3)已知复数

解:(1)从整体思想出发,即可得用ω(1的立方虚根)的性质进行运算。
   设z = 2ω 
 则 z2 + 2z + 3 = 4ω2 + 4ω + 3 = 4(ω2 + ω + 1)-1= -1
 此题还可以由 z3 - 8 = (z-2)(z2 + 2z + 4) = 0

  ∵ z 是虚数      ∴z - 2≠0

  ∴ z2 + 2z +4 = 0  故 z2 +2z+3 = -1

  (2)由复数开方的几何意义,知 z 的四次方根在此原点为圆心,半径为 的圆上均匀分布,且依次夹角为90o,所以 z 的另外三个四次方根可由 4+5i 旋转而得,分别为:(4 +5i)·i, (4 +5i)·i2, (4 +5i)·i3 即 -5+4i, -4-5i, 5-4i

  该题与1998年高考复数试题类似。

  (3)求复数的辐角主值一般是把该复数化为三角式求解,但结论关心的是辐角的主值,我们可先得到一个辐角再转化为主值区间内,一种做法是:
  由题意得,|z1|=|z2| 
 
   由复数相除等于模相除,辐角相减,有
  
  读者可能已看到了运算不简单,若考虑 z1+z的几何意义又会怎样?由|z1|+|z2|及平行四边形的运算法则知由 z1,z2 所对应的向量组成一个菱形,再由菱形的对角线平分对角的性质,可轻而易举地得到 arg (z1 + z2) = ,这就是数形结合的威力所在。

例5 设方程 3x2 - 6(m - 1 )x + m2 + 1 = 0的二根的模的和为2,求实数 m 的值。

分析:实系数一元二次议程一般需要研究有实根,虚根两种情况。

解:(1)当△36(m-1)2-12(m2+1)≥0时,设方程有二实根
x1,x2,由韦达定理有

     x1·x= >0
则x1,x2同号,进而|x1|+|x2|=|x1+x2|

由韦达定理有|x1|+|x2|= 2|m - 1| = 2,则m = 0 或 m = 2
代入 △≥0 知 m = 2 舍去。因此,m = 0

  (2)当△=36(m-1)2-12(m2+1)<0 时,方程有二虚根x1,x2且x1,x2是互为共轭复数,则

    |x1|2 = |x2|2 = x1·x2=1

因而 m =± ,代入△<0,可知m = - 应舍去,
因此m =
   由(1)、(2)知,所求 m 为 m=0 或 m=

例6 设 z1 = 1 - cosθ+ isinθ,z2 = a2 + ai (a∈R),若z1·z2 为纯虚数,问在(0,2π)内是否存在θ使(z1-z2)为实数?

分析:存在性问题处理的一般方法是首先假设结论成立,再进行推理,若无矛盾,则结论成立,否则结论不成立。

解:假设满足条件的θ存在。
 ∵ z1z2=(1-cosθ+isinθ)(a2+ai)
     =[a2(1-cosθ)-asinθ]+[a2sinθ+a(1-cosθ]i
是纯虚数
 ∴  ∴ a≠0

 又,0<θ<2∏,  则 cosθ≠1

 ∴

  要使(z1z2)2∈R,则 z1z2 为实数或 z1z2 为纯虚数,而
z1-z2=(1-cosθ-a2)+(sinθ-a)i

  ∴ sinθ-a=0 或 1-cosθ-a2=0 

 
 由
  ∴θ=

  由
  也有θ=

  由以上可知,在(0,2π)内,存在θ=使 (z1z2)2 为实数。


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