题目
Problem
z=2+3i3+k3i
where k∈Z.
(a) Express z in the form a+bi where a and b are real functions of k.
(3)
Given that argz=6π
(b) determine the exact value of ∣z∣.
(5)
题目中文翻译
z=2+3i3+k3i
其中 k∈Z。
(a) 将 z 表示为 a+bi 的形式,其中 a 和 b 是 k 的实函数。
(3)
已知 argz=6π
(b) 确定 ∣z∣ 的精确值。
(5)
解答
(a)
解法一
思路
展开
分子、分母同乘分母的共轭复数 2−3i,使分母变成实数 7。展开分子后分别合并实部与虚部。
答题过程
展开
Multiplying the numerator and denominator by the complex conjugate of the denominator,
=z2+3i3+k3i×2−3i2−3i.
The denominator is 4+3=7. Expanding the numerator gives
==(3+k3i)×(2−3i)6−33i+2k3i+3k6+3k+3(2k−3)i.
Therefore,
=z76+3k+73(2k−3)i.
Thus
a=b=76+3k,73(2k−3).
(b)
解法一
思路
展开
由 argz=6π 可知 ab=tan6π=31。代入 (a) 的实部、虚部求出 k,再写出 z 并计算模长。
答题过程
展开
Since argz=6π,
Re(z)Im(z)=tan6π=31.
Using part (a),
6+3k3(2k−3)=31.
Therefore,
3(2k−3)=6k−9=k=6+3k6+3k5.
Substituting k=5 into the result from part (a),
z=3+3i.
Hence,
∣z∣===32+(3)21223.
解法二
思路
展开
也可以直接把 z 写成模辐角形式。设 ∣z∣=R,利用已知辐角写出实部、虚部,再与 (a) 的结果分别比较并消去 k。
答题过程
展开
Let ∣z∣=R. Since argz=6π,
==zR(cos6π+isin6π)23R+2Ri.
Comparing this with the result from part (a) gives
76+3k=23R
and
73(2k−3)=2R.
The first equation gives
k=673R−2.
Substituting this into the second equation,
=3[2(673R−2)−3]27R
The left-hand side simplifies as follows:
==3(373R−4−3)3(373R−7)7R−73.
Therefore,
7R−73=27R=R=27R,73,23.
Hence,
∣z∣=R=23.