题目
Problem
Given that
23z−1=λ−4iλ+5i
where λ is a real constant,
(a) determine z, giving your answer in the form x+yi, where x and y are real and in
terms of λ.
(4)
Given also that argz=4π
(b) find the possible values of λ.
(2)
题目中文翻译
已知
23z−1=λ−4iλ+5i
其中 λ 为实常数,
(a) 确定 z,答案以 x+yi 的形式表示,其中 x 和 y 为实数,且用含 λ 的式子表示。
已知 argz=4π,
(b) 求 λ 的可能值。
解答
(a)
解法一
思路
展开
先将右侧分式的分子、分母同乘分母的共轭,使它化为 Cartesian form;再由原等式解出 z,并分别整理实部与虚部。
答题过程
展开
Rationalising the right-hand side,
λ−4iλ+5i==(λ−4i)(λ+4i)(λ+5i)(λ+4i)λ2+16λ2−20+9λi.
Therefore,
3z−1=3z=λ2+162(λ2−20+9λi),λ2+163λ2−24+18λi.
Hence
z=λ2+16λ2−8+λ2+166λi.
解法二
思路
展开
先由原等式直接解出 z 的复分式形式,再进行有理化。这样会先约去公因数 3,运算更短。
答题过程
展开
From the given equation,
3z==λ−4i2(λ+5i)+1λ−4i3λ+6i.
Thus
z=λ−4iλ+2i.
Rationalising,
z==(λ−4i)(λ+4i)(λ+2i)(λ+4i)λ2+16λ2−8+6λi.
Therefore,
z=λ2+16λ2−8+λ2+166λi.
解法三
思路
展开
设 z=x+yi,交叉相乘后比较实部与虚部,得到关于 x,y 的二元一次方程组。联立求解便能直接得到 Cartesian form。
答题过程
展开
Let
z=x+yi.
Cross-multiplying the given equation gives
(3x+3yi−1)(λ−4i)=2λ+10i.
Equating real and imaginary parts,
λx+4y=−4x+λy=λ,2.
Eliminating y gives
(λ2+16)x=λ2−8,
so
x=λ2+16λ2−8.
Similarly,
(λ2+16)y=6λ,
so
y=λ2+166λ.
Hence
z=λ2+16λ2−8+λ2+166λi.
(b)
解法一
思路
展开
辐角为 π/4 表示复数位于第一象限且实部等于虚部。先令 (a) 的实部与虚部相等,解出两个候选值,再利用第一象限要求排除负值。
答题过程
展开
Since argz=4π, the real and imaginary parts of z are equal and positive. Hence
λ2+16λ2−8=λ2+166λ.
Since λ2+16>0,
λ2−8=λ2−6λ−8=6λ0.
Therefore,
λ=3±17.
For λ=3−17<0, the imaginary part
λ2+166λ
is negative, so z is not in the first quadrant. This value must be rejected.
Hence
λ=3+17.