高雄市明誠中學 高一數學平時測驗 日期:99.08.07 範
圍
3-5 複數極式
班級 姓
座號 名 一、單選題(每題 5 分)
1.複數平面上,直角坐標為(2sin 3 2π
,2cos 3 2π
)的點,其極坐標可為 (A)[2,
3 2π
] (B)[2,
3
π ] (C)[2,
6
π ] (D)[2,−
6
π ] (E)[2,
6 5π
]
【解答】(D)
【詳解】
(2 sin 3 2π
,2 cos 3 2π
) = ( 3 ,− 1) ∴ [r,θ] = [2,−
6 π ]
2.( 2 1 i−
)10
= (A) 1 (B) − 1 (C) i (D) − i (E) 0
【解答】(D)
【詳解】
( 2 1 i−
)10 = (cos 4
7π + isin 4 7π
)10 = cos 2
35π + isin 2
35π = − i
5.複數平面上,滿足 z13 = 7 + 8i 的一切複數 z 的圖形為
(A)一直線 (B)一個圓 (C)一點 (D)正 13 邊形 (E)13 個點
【解答】(E)
【詳解】
z
13 = 7 + 8i = 113 (cosθ + isinθ),0 < θ <2
π ∴ )
sin13 (cos13
26113 θ θ
α = +i 為其一根
∴ z13 = 7 + 8i 的 13 個根為α,αω,αω2,…,αω12(ω =
13 sin2 13
cos2π π
+i )
此 13 個根在複數平面的圖形為正 13 邊形的 13 個頂點
4.設 z1
= r
1(cosθ1 + isinθ1),z2= r
2(cosθ2 + isinθ2),則下列何者為真?(A) z1 + z2
= (r
1 + r2)[cos(θ1 + θ2) + isin(θ1 + θ2)] (B) z1 + z2= r
1.r2[cos(θ1 + θ2) + isin(θ1 + θ2)](C) z1.z2
= r
1.r2(cosθ1θ2 + isinθ1θ2) (D) z1.z2= r
1.r2[cos(θ1 + θ2) + isin(θ1 + θ2)] (E)以 上皆非【解答】(D)
二、多重選擇題( 每題 10 分)
1.方程式 x5
= cos10° + isin10°的五個根的主輻角θ
1,θ2,θ3,θ4,θ5且θ1 < θ2 < θ3 < θ4 < θ5,則 (A) θ2= 74° (B) θ
4= 218° (C) sinθ
i≠ 0,i = 1,2,3,4,5
(D) cosθ1 + cosθ2 + cosθ3 + cosθ4 + cosθ5
= 1 (E) sinθ
1 + sinθ2 + sinθ3 + sinθ4 + sinθ5= 0
【解答】(A)(B)(C)(E)
【詳解】
(1) x5
= cos10° + isin10° ∴ x = cos2° + isin2°,cos74° + isin74°,cos146° + isin146°
cos218° + isin218°,cos290° + isin290°
⇒ θ1
= 2°,θ
2= 74°,θ
3= 146°,θ
4= 218°,θ
5= 290°
(2)∴ sinθi
≠ 0
(3)原方程式的五根和(cos2° + cos74° + cos146° + cos218° + cos290°)+ i(sin2° + sin74° + sin146° + sin218° + sin290°) = 0
⇒ cos2° + cos74° + cos146° + cos218° + cos290° = 0 sin2° + sin74° + sin146° + sin218° + sin290° = 0
⇒ cosθ1 + cosθ2 + cosθ3 + cosθ4 + cosθ5
= 0
sinθ1 + sinθ2 + sinθ3 + sinθ4 + sinθ5= 0
2.設 u = cos 3 π + isin
3
π ,下列各敘述何者正確?
(A) u 為 x3 − 1 = 0 之一根 (B) u11 = u71 (C) u6 + u7 + … + u24 = 1 (D) u = u 1
(E)在複數平面上,以點 u1,u2,u3作一三角形,則此三角形之面積為 4
3
【解答】(B)(C)(D)(E)
【詳解】
(A) u3 − 1 = cosπ + isinπ − 1= − 2 ≠ 0 ∴ u 不為 x3 − 1 = 0 之一根 (B) u3 = − 1 ∴ u11 = − u2 = u71
(C) u6 + u7 + … + u24 =
1 ) 1 ( 19
6
−
−
u
u
u
=1 ) 1 ( 1
−
−
⋅ u
u =1
(D) u = cos 3 π − isin
3 π ,
u
1= u− 1 = cos ( 3
π
− ) + isin ( 3
π
− ) = cos 3 π − isin
3
π ∴ u = u 1
(E)
+
=
+
=
+
=
π π
π π
π π
sin cos
3 sin2 3
cos2
sin 3 cos3
3 2 1
i u
i u
i u
△ABC = △AOB + △BOC − △AOC
=2
1.1.1.sin60° + 2
1.1.1.sin60° − 2
1.1.1.sin120° = 4
3
3.若 x5 = 1 有 5 個根,1,ω,ω2,ω3,ω4,且ω =
5 sin2 5
cos2π π
+i ,則下列各敘述何者為正確?
(A) ω90 = 1 (B) 1 + ω + ω2 + ω3 + ω4 = 0 (C)(1 − ω)(1 − ω2)(1 − ω3)(1 − ω4) = 5
(D) 2 1
1 1
1 1
1 1
1
4 3
2 =
+ − + −
+ −
−ω ω ω ω (E) 1 + 2ω + 3ω2 + 4ω3 + … + 100ω99 = 0
【解答】(A)(B)(C)(D)
【詳解】
1,ω,ω2,ω3,ω4為 x5 − 1 = 0 的 5 個根,故 1 + ω + ω2 + ω3 + ω4 = 0,且ω5 = 1 (A) ω90 = (ω5)18 = 118 = 1
(B) 1 + ω + ω2 + ω3 + ω4 = 0
(C)因為 1,ω,ω2,ω3,ω4為 x5 − 1 = 0 的 5 個根 故 x5 − 1 = (x − 1)(x − ω)(x − ω2)(x − ω3)(x − ω4) 又 x5 − 1= (x − 1)(x4 + x3 + x2 + x + 1)
比較兩式 (x − ω)(x − ω2)(x − ω3)(x − ω4) = x4 + x3 + x2 + x + 1 x = 1 代入 (1 − ω)(1 − ω2)(1 − ω3)(1 − ω4) = 5
(D) 2 3 4
1 1 1
1 1
1 1
1
ω ω
ω
ω + −
+ − + −
− = )
1 1 1
( 1 1 )
1 1
( 1 4 2 3
ω ω
ω
ω + −
+ − + −
−
= 4 4 5 23 3 25
1
1 1
1
1 1
ω ω ω
ω ω
ω ω ω
ω ω
+
−
−
− + + −
+
−
−
− +
− = 44 22 33
2 2 2
2
ω ω
ω ω ω
ω ω ω
−
−
− + −
−
−
−
− = 1 + 1 = 2
(E)
100 99
3 2
100 99
3 2
999 3
2
100 )
1 (
100 99
3 2 )
100 4
3 2 1
ω ω
ω ω ω ω
ω ω
ω ω ω ω
ω ω
ω ω
− +
+ + +
=
−
+ +
+ + +
=
−
+ + + + +
=
P P P
= 100 100 100 1
) 1
(
1
ω
ω ω
−−
−
. = − 100
∴ P =
1 100 1
100
= −
−
−
ω ω
4.設 z3
= i 的三個根α,β,γ 在複數平面上的對應點為 A,B,C,則
(A)AB的長為 3 (B)△ABC 的周長為 3 3 (C)△ABC 的面積為4
3 (D) α + β + γ = 0 (E) αβγ = − i
【解答】(A)(B)(D)
【詳解】
(1) z3
= i = cos90° + isin90°
⇒ z = cos30° + isin30°,cos150° + isin150°,cos270° + isin270°
(2)
OA
=OB = 1,∠ AOB = 120°
⇒
AB
2 =OA
2 +OB
2 −2OA
.OB
cos120° = 3 ⇒AB
= 3∴ △ABC 周長 = 3AB=3 3,△ABC 面積 = 3△OAB = 3(
2
1 × 1 × 1 × sin120°) = 4
3 3
(3) z3
= i 的三根和為 0
⇒ α + β + γ = 0,三根積為 i ⇒ αβγ = i 5.設α∈C,α ≠ 0,| α | = 1 且α 的主輻角為 199°,則下列敘述,何者正確?
(A) 2000
α
的主輻角是 161° (B) − 91α 的主輻角是 19° (C) − 17α
的主輻角是 341°(D) α1的主輻角是 161° (E) α 2的主輻角是 38°
【解答】(A)(B)(C)(D)(E)
【詳解】
令α = cos199° + isin199°
(A) 2000
α = 2000(cos199° − isin199°) = 2000[cos(− 199°) + isin(− 199°)]
= 2000[cos(360° − 199°) + isin(360° − 199°)] = 2000(cos161° + isin161°),
主輻角是 161°
(B) − 91α = 91(− cos199° − isin199°) = 91[cos(180° + 199°) + isin(180° + 199°)]
= 91[cos(360° + 19°) + isin(360° + 19°)] = 91(cos19° + isin19°),主輻角是 19°
(C) − 17
α = 17(− cos199° + isin199°) = 17(cos19° − isin19°)
= 17[cos(360° − 19°) + isin(360° − 19°)] = 17(cos341° + isin341°), 主輻角是 341°
(D)∵ α.
α = |α|
2= 1
⇒ α α =1 ,同(A) ∴ α
1之主輻角是 161°
(E) α 2
= (cos199° + isin199°)
2= cos2(199°) + isin2(199°)
= cos398° + isin398° = cos38° + isin38° ∴ α 2的主輻角是 38°
6.下列敘述,何者正確?
(A)複數 z = a + bi,a,b∈
R,則 z
∈R
⇔ b = 0 (B)複數 z = a + bi,a,b∈R,則 z.
z= |z|
2 (C) z = cosθ + isinθ,則 zz =
1 (D)複數 z = a + bi,a,b∈
R,則 z > 0
⇔ a > 0(E)複數 z 在複數平面的對應點是 P,O 為原點,則|z| = OP
【解答】(A)(B)(C)(E)
【詳解】
(A) z∈
R
⇔ a + bi∈R
⇔ b = 0(B)∵ |z| =
a
2 +b
2 ∴ z.z= (a + bi)(a − bi) = a2 + b2= |z|
2 (C)∵ |z| = cos2θ
+sin2θ = 1 ∴ z.
z= |z|
2= 1
zz =
⇒ 1
(D) z > 0 ⇔ a + bi > 0 ⇔ a > 0,b = 0
(E)令 z = a + bi,a,b∈
R ∵ P(a,b) ∴ |z| = a
2 +b
2 =OP
7.下列各極坐標方程式,其圖形為一直線者有
(A) r = 0 (B) r = 2 (C) θ = 0 (D) θ = 3 (E) θ = − π
【解答】(C)(D)(E)
【詳解】
(A) r = 0 表極點 (B) r = 2 表半徑為 2,圓心為極點之圓
8.下列敘述何者正確?
(A) Arg( i 2
3 ) = 3
π (B) Arg( − 100i) = 2
3π (C)若 z > 0,則 Arg(z) = 0
(D)若 z < 0,Arg (z) = 0 (E)
a
+bi
=a
2 +(bi)2【解答】(B)(C)
【詳解】
(A) Arg ( i 2
3 ) = 2
π (D) z < 0 時,Arg (z) = π (E)
a
+bi
=a
2+b
2三、填充題( 每題 10 分)
1.sin111° + isin201°化為極式為 。
【解答】cos339° + isin339°
【詳解】
sin111° + isin201° = sin(90° + 21°) + isin(180° + 21°) = cos21° − isin21°
= cos(360° − 21°) + isin(360° − 21°) = cos339° + isin339°
2.sin10° − icos10°化為極式為 。
【解答】cos280° + isin280°
【詳解】
sin10° − icos10° = cos(270° + 10°) + isin(270° + 10°) = cos280° + isin280°
3. °+ °
°
−
°
° +
°
80 sin 350
sin
) 39 sin 39
)(cos 139 sin 221
(cos
i
i
i = 。
【解答】1
【詳解】
原式 =
° +
°
−
°
−
°
° +
°
−
80 sin 80
cos
) 39 sin 39
)(cos 41 sin 41
cos (
i
i
i =
°
−
°
°
−
°
°
−
°
80 sin 80
cos
) 39 sin 39
)(cos 41 sin 41
(cos
i
i i
= cos(− 41° − 39° + 80°) + isin( − 41° − 39° + 80°) = cos0° + isin0° = 1
4. 3
4 6
) 40 sin 50
(sin
) 87 cos 87
(sin ) 78 cos 78
(sin
° +
°
°
−
°
° +
°
i
i
i
= 。【解答】 i 2
3 21 −
【詳解】
原式 = 6 3 4
) 40 sin 40
(cos
) 3 sin 3
(cos ) 12 sin 12
(cos
° +
°
°
−
°
° +
°
i
i
i
=° +
°
°
− +
°
−
° +
°
120 sin 120
cos
)]
12 sin(
) 12 )[cos(
72 sin 72
(cos
i
i i
= cos(72° − 12° − 120°) + isin(72° − 12° − 120°) = cos(− 60°) + isin(− 60°) = 2 1−
2 3
i
5.設(cos10 + isin10)6 = cosθ + isinθ,0 ≤ θ ≤ 2π,則θ = 。
【解答】60 − 18π
【詳解】
(cos10 + isin10)6 = cos60 + isin60 = cosθ + isinθ(0 ≤ θ < 2π),故θ = 60 − 18π
6.複數 z = 2 3 + 2i 的極式為 ,其所代表點的極坐標為 。
【解答】4(cos
π + isin6 6
π );[4,
6 π ]
【詳解】
z = 2 3 + 2i,|z| =
(2 3)2 +22 = 4∴ z = 4(
2 1
23 +
i) = 4 (cos
6 π + isin6
π ),此即為 z 的極式,又 z 的代表點的極坐標為[4,
6 π ]
7.設 z = cos72° + isin72°,則 z75 + z76 + z77 + … + z365之值為 。
【解答】1
【詳解】原式 =
z z z
−
− 1
) 1 ( 291
75 = 1(z5 = cos360° + isin360° =1)
8.設 z = − 3i,則:(1)化為極式 z = 。 (2) z 的主輻角為 。
【解答】(1) 3(cos 2 3π + isin
2 3π
) (2) 2 3π
【詳解】(1) z = − 3i = 3 [0 + (− i)] = 3 (cos 2
3π + i sin 2
3π ) (2) Arg z = 2 3π
9.設
ω 為 x
3 = 1 的一虛根。若無窮級數 1 + 2 1ω +
4
1
ω
2 + … + n 21
ω
n + …之和為α + βω,其中α,β 為實數,則α = ,β = 。
【解答】α = 7 6;β =
7 2
【詳解】
x
3 = 1 的根為 1,ω,ω
2 其中ω = cos
3 2π + isin3 2π
滿足
ω
3 = 1 且 1 +ω + ω
2 = 01 + 2
4 1 2
1ω+ ω + … + n 2
1 ω + … n
公比2
1
ω 的無窮等比級數其和為
2ω 1 1
1
−
= α + βω(α,β∈
R)
∴ 1 = (1 − 2
1
ω)(α + βω) = α + βω−
2 1αω −
2 1βω2
= α + (β − 2 1α)ω −
2
1β (− 1 − ω) = (α + 2 1β) + (
2 3β −
2 1α)ω
⇒ 1 + 0ω = (α + 2 1β) + (
2 3β −
2
1α)ω⇒ α + 2
1β = 1 且 2 3β −
2
1α = 0 ⇒ α = 7 6;β =
7 2
10.方程式 x5 + x4 + x3 + x2 + x + 1 = 0 的五個複數根可表為 xk
= ;又以此五個根為
頂點在複數平面上所成五邊形區域的面積為 。【解答】xk
= cos
3π k + isin
3 π
k ,k = 1,2,3,4,5;
4 3 5
【詳解】
(x − 1)(x5 + x4 + x3 + x2 + x + 1) = x6 − 1
x
6 − 1 = 0 ⇒ x6= 1 = cos0 + isin0 的根為 x
k= cos
6
2kπ + isin 6 2kπ
,k = 0,1,2,3,4,5
其中 x0
= cos0 + isin0 = 1,故 x
5 + x4 + x3 + x2 + x + 1 = 0 的五個根 為 xk= cos
6
2kπ + isin 6 2kπ
,k = 1,2,3,4,5
設 xk在複數平面上的對應點為 Pk,則五個點 P1,P2,P3,P4,P5為頂點的五邊形如圖:
∠ P1
OP
2=∠ P
2OP
3=∠ P
3OP
4=∠ P
4OP
5=
3π ,∠ P1
OP
5=
3 2π∴ 五邊形的面積為 4△P1
OP
2 + △P1OP
5= 4 ×
21.12.sin 2 1 3 +
π .12.sin 3 2π
= 4
3 5 2
3 2
5× =
11.設 f (x) = x100 + x50 + 1,則 f ( − 2 1 i+
)= 。
【解答】i
【詳解】z = 2
) 1 ( +
i
− = − (cos
π + isin4 4 π )
f (−
2 1 i+) = f (z) = z100 + z50 + 1 = (cos
π + isin4 4
π )100 + (cos
π + isin4 4
π )50 + 1
= (cos25
π + isin25π) + (cos
225π + isin 2
25π ) + 1 = (cos
π + isinπ) + (cos
π + isin2 2 π ) + 1 = − 1 + 0 + 0 + i + 1 = i
12.設 z =
i i
3 1
1
−
+ ,求:(1)以主輻角將 z 化成的極式為 。 (2) z10 = 。
【解答】(1) 2
1 (cos105° + isin105°) (2) 64
3− 64
1
i
【詳解】
(1)|z| = |
i i
3 1
1
−
+ | =
| 3 1
|
| 1
| i i
−
+ =
3 1
2 + =
2 2 =
2 1
∴ z = 2 1 (
i i
3 12 2
−
+ ) = 1 [2
) 3 1 )(
3 1 (
) 3 1 )(
2 2 (
i i
i i
+
−
+
+ ] =
2 1 (
3 1
6 2 6 2
+
− +
+ i i
)
= 1 [2
4 6 2−
+ ( 4 2 6+ )i] =
2
1 (−cos75° + isin75°)
=
1 [cos(180° − 75°) + isin(180° − 75°)] =2 2
1 (cos105° + isin105°)
(2) z10 = ( 2
1 )10(cos105° + isin105°)10 = 5 2
1 (cos1050° + isin1050°)
= 32
1 [cos (1050° − 360° × 3) + isin (1050° − 360° × 3)]
= 32
1 [cos (− 30°) + isin (− 30°)] = 32
1 (cos 30° − isin30°) = 32
1 ( 2
3− 2 1
i) =
64 3−
64 1
i
13.求 3
6
) 3 1 (
) 3 3 (
i i
++ 之值 = 。
【解答】216
【詳解】
∵ 3 + 3 i = 2 3 ( 2
3+ 2
1
i) = 2 3 (cos
6 π + isin6 π )
∴ (3 + 3 i)6 = (2 3 )6(cosπ + isinπ) = − (2 3 )6 = − 26.33 又 ∵ 1 + 3 i = 2(
2 1+
2
3
i) = 2(cos
3 π + isin3
π ) ∴ (1 + 3 i)3 = 23(cosπ + isinπ) = − 23
故 3
6
) 3 1 (
) 3 3 (
i i
++ = 6 3 3
2 3 2
−
⋅
− = 23.33 = 216
14.x6 = − 32 + 32 3 有 6 個根,此六個根在複數平面上對應的六個點所圍成的六邊形,其面
i
積為 。【解答】6 3
【詳解】
− 32 + 32 3 = 64( −
i
i 23
1 +2 ) = 64(cos
3 sin2 3
2π π
+i )
z
k = 2(cos 6 3 22
π π
+k
+ isin 6 3 2
2
π π
+k
),k = 0,1,2,3,4,5
將六個根圖示在高斯平面上圖形為一正六邊形,六個頂點在以原點為圓心,半徑為 2 的圓 形上則正六邊形 ABCDEF 的面積為 6.
2
1.2.2sin60°= 6 3
15.求 Arg(
−i 1
1 ) = 。
【解答】4 π
【詳解】
−i 1
1 =
) 1 )(
1 (
1
i i
i
+−
+ =
2
1 i+ = )
2 1 2 ( 1 2
1 +
i
)sin 4 (cos4
2
1
π π
+
i
= ∴ Arg(
−i 1
1 ) = 4 π
16.設 a ∈ C,| a | = 8,主輻角 Arg (a) = 3 4π
, (1)將 a 以極式表示為 。
(2)若 z6 = a 之六根為 z0,z1,z2,z3,z4,z5,若 z3位於複數平面的第三象限,將 z3以極式 表示為 。
【解答】(1) 8 (cos 3
4π + isin 3 4π
) (2) 2 (cos 9
11π + isin 9 11π
)
【詳解】
(1) | a | = 8,Arg (a) = 3
4π ⇒ a = 8 (cos 3
4π + isin 3 4π
) (2) z6 = a = 8 (cos
3
4π + isin 3 4π
)
z
k =6 8 cos 6 3 24
π π
+k
+ isin 6 3 2
4
π π
+k
),k = 0,1,2,…,5
∴ z3 =6 8 (cos 6 3 6 4
π
+π
+ isin 6 3 6 4
π
+π
) = 2 (cos 9
11π + isin 9 11π
)
17.設 z∈
C,且|z| = 2|z − 1|,Arg(
z z 1−
) =3
π ,則|z| = 。
【解答】 3
3 2
【詳解】
∵ |z| = 2|z − 1| ⇒
2
| 1
| −1 = z
z ,而 Arg
) 3 ( −1 =π
z z
∴ 2
1 = 1
− z
z (cos
π + isin3 3 π ) =
4 3
1+ i ⇒ 4z − 4 = (1 + 3 i)z
⇒ z(3 − 3 i) = 4 ⇒ |z| |3 − 3 i| = 4 ⇒ |z| =
3 3 2 3 2 3 2
4 12
4 = = =
18.化簡(1 + cos20° + isin20°)987
= r(cosθ + isinθ),r > 0,0°
≤ < 360°,則θ = 。θ
【解答】150°
【詳解】
1 + cos20° + isin20° = 1 + cos2(10°) + isin2(10°)
= 1 + 2cos210° − 1 + i(2sin10°cos10°) = 2cos10°(cos10° + isin10°)
(1 + cos20° + isin20°)987
= [2cos10°(cos10° + isin10°)]
987 = (2cos10°)987(cos9870° + isin9870°) = (2cos10°)987(cos150° + isin150°) = r (cosθ + isinθ),r > 0,0° ≤ θ < 360°∴ θ = 150°
19.設數列<an>滿足 a1 = i,an+1 =
ωa
n,其中ω = cos
3 2π + isin3 2π
,則 a42 = 。
【解答】 )
2 ( 1 2
3 + −
i
【詳解】
由 a1 = i,an+1 = ωan知數列<an>為首項 i,公比
ω 的等比數列
已知 an+1 = a1ω
n,a42 = iω41 = iω3×13+2 = iω2(∵ω
3 = 1)即 a42 = i(cos 3 4π + isin
3
4π ) = i(−
2 1−
2 3
i) =
2 3+ (−
2 1)i
20.設 z + z
1= 3 ,則 z2010 + 20101
z 之值為 。
【解答】2
【詳解】
由 z + z
1= 3 ⇒ z2 − 3 z + 1 = 0 ⇒ z = 2
3±i= cos
π ± isin6 6 π
令 z = cos
π + isin6 6 π
則 z2010 + 20101
z = (cos
π + isin6 6
π ) 2010 + (cos
π + isin6 6
π ) − 2010 = 2 cos2010 6
π= 2
同理,令 z = cos
π − isin6 6
π 時,z2010 + 20101
z 也為 2,故所求 z2010 + 20101 z = 0
21.以 2x − 3 + i 除 x60 − 1 之餘式為 。
【解答】0
【詳解】
R = (
2 3−i)60 − 1 = (cos 6 π − isin
6
π )60 − 1 = cos10π − isin10π − 1 = 0
22.△ABC 中,(sinA + icosA)(sinB + icosB)(sinC + icosC)之值為 。
【解答】i
【詳解】
原式= [cos(90° − A) + isin(90° − A)][cos(90° − B) + isin(90° − B)][cos(90° − C) + isin(90° − C)]
= cos(90° − A + 90° − B + 90° − C) + isin(90° − A + 90° − B + 90° − C) = cos[270° − (A + B + C)] + isin[270° − (A + B + C)] = cos90° + isin90° = i