094_02M_q15
94 學測數學 第 15 題
📅 94 年 📝 學測數學 第 15 題 題型:選填 課綱:99課綱
設複數 $z = 1-i$;若 $1 + z + z^2 + \cdots + z^9 = a + bi$,其中 $a, b$ 為實數,則 $a=$_______,$b=$_______。
等比級數求和棣美弗定理複數與應用複數平面與應用
解題手法公式代入〔AI 推測〕
答案

32, $-1$

詳解
已知複數 $z = 1-i$,我們要求等比級數之和: $$S = 1 + z + z^2 + \cdots + z^9$$ 此為首項為 $1$,公比為 $z$,項數為 $10$ 的等比級數,由等比求和公式: $$S = \dfrac{1 - z^{10}}{1 - z}$$ 我們將 $z = 1-i$ 寫成極式: $$z = \sqrt{2} \left[ \cos(-45^\circ) + i\sin(-45^\circ) \right]$$ 利用棣美弗定理計算 $z^{10}$: $$z^{10} = (\sqrt{2})^{10} \left[ \cos(-450^\circ) + i\sin(-450^\circ) \right]$$ 因為 $-450^\circ = -360^\circ - 90^\circ \equiv -90^\circ$,所以: $$z^{10} = 32 \left[ \cos(-90^\circ) + i\sin(-90^\circ) \right] = 32(0 - i) = -32i$$ 代入求和公式: $$S = \dfrac{1 - (-32i)}{1 - (1 - i)} = \dfrac{1 + 32i}{i}$$ 將分子分母同除以 $i$(相當於同乘以 $-i$): $$S = \dfrac{(1+32i)(-i)}{1} = -i - 32i^2 = 32 - i$$ 因此,$a + bi = 32 - i$。 對照實部與虛部,得: $$a = 32,\text{ } b = -1$$

題目來源:大學入學考試中心公開試題。

解析狀態:本解析由 AI 輔助產出,未經人工審核,非官方詳解,僅供學習參考。如與官方公告不同,請以官方公告為準。