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Algebra · real student question

设 Z₁、Z₂ 为复数,满足 Z₁ 的共轭乘以 Z₂ 的倒数等于 2,且 (1 − i)(Z₁ 的共轭 + 3) = 4Z₂。求 (Z₂ 乘 Z₁ 的三次方) 除以 (−Z₂) 的模。

Question

设 Z1Z_1、Z2Z_2 为复数,满足 Z1‾⋅Z2−1=2\overline{Z_1}\cdot Z_2^{-1}=2 且 (1−i)(Z1‾+3)=4Z2(1-i)\left(\overline{Z_1}+3\right)=4Z_2。求 ∣Z2⋅Z13−Z2∣.\left|\frac{Z_2\cdot Z_1^{3}}{-Z_2}\right|.

Step-by-step solution

  1. 先把要求的式子化简。 由于 Z2≠0Z_2\ne 0(它有倒数),两个 Z2Z_2 可以约掉: Z2Z13−Z2=−Z13,∣−Z13∣=∣−1∣ ∣Z1∣3=∣Z1∣3.\frac{Z_2Z_1^{3}}{-Z_2}=-Z_1^{3},\qquad\left|-Z_1^{3}\right|=|-1|\,|Z_1|^{3}=|Z_1|^{3}. 所以只需要 Z1Z_1 的模,根本不必把 Z2Z_2 化成三角形式。

  2. 用第一个方程消掉 Z2Z_2。 由 Z1‾Z2=2\dfrac{\overline{Z_1}}{Z_2}=2 得 Z1‾=2Z2\overline{Z_1}=2Z_2,即 Z2=Z1‾2Z_2=\dfrac{\overline{Z_1}}{2}。

  3. 代入第二个方程。 记 w=Z1‾w=\overline{Z_1}, (1−i)(w+3)=4⋅w2=2w ⟹ (1−i)w+3−3i=2w.(1-i)(w+3)=4\cdot\frac{w}{2}=2w\ \Longrightarrow\ (1-i)w+3-3i=2w.

  4. 解这个关于 ww 的一次方程。 把 ww 归并:3−3i=(2−(1−i))w=(1+i)w3-3i=\bigl(2-(1-i)\bigr)w=(1+i)w,于是 w=3−3i1+i=3(1−i)2(1+i)(1−i)=3(−2i)2=−3i.w=\frac{3-3i}{1+i}=\frac{3(1-i)^2}{(1+i)(1-i)}=\frac{3(-2i)}{2}=-3i.

  5. 求出 Z1Z_1 并回代检验条件。 由 Z1‾=−3i\overline{Z_1}=-3i 得 Z1=3iZ_1=3i,Z2=−3i2Z_2=-\tfrac{3i}{2}。检验:Z1‾/Z2=(−3i)/(−1.5i)=2\overline{Z_1}/Z_2=(-3i)/(-1.5i)=2,且 (1−i)(−3i+3)=3(1−i)2=−6i=4(−1.5i)(1-i)(-3i+3)=3(1-i)^2=-6i=4(-1.5i)。两个方程都成立。

  6. 取模。 ∣Z1∣=∣3i∣=3|Z_1|=|3i|=3,所以答案是 ∣Z1∣3=33=27|Z_1|^{3}=3^{3}=27。

Answer

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