106_07A_q06
106 指考數學甲 第 6 題
📅 106 年 📝 指考數學甲 第 6 題 題型:多選 課綱:99課綱
已知複數 $z$ 滿足 $z^n + z^{-n} + 2 = 0$ ,其中 $n$ 為正整數。將 $z$ 用極式表示為 $r(\cos \theta + i \sin \theta)$ ,且 $r > 0$ 。試選出正確的選項。
  1. $r = 1$
  2. $n$ 不能是偶數
  3. 對給定的 $n$ ,恰有 $2n$ 個不同的複數 $z$ 滿足題設
  4. $\theta$ 可能是 $\dfrac{3\pi}{7}$
  5. $\theta$ 可能是 $\dfrac{4\pi}{7}$
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

$(1)(4)$

詳解
將方程式 $z^n + z^{-n} + 2 = 0$ 同乘以 $z^n$,得 $(z^n)^2 + 2z^n + 1 = 0$。 此方程式可配方為 $(z^n + 1)^2 = 0$,故 $z^n = -1$。 將 $z$ 表為極式:$z = r(\cos \theta + i \sin \theta)$,則由棣美弗定理得: $$z^n = r^n (\cos n\theta + i \sin n\theta) = -1 = 1(\cos \pi + i \sin \pi)$$ (1) 正確。因為 $r > 0$,由 $r^n = 1$ 得 $r = 1$。 (2) 錯誤。對於任意正整數 $n$(不論奇偶),該方程式均有解。 (3) 錯誤。滿足 $z^n = -1$ 的解恰有 $n$ 個,而非 $2n$ 個。 (4) 正確。由 $n\theta = \pi + 2k\pi$,得 $\theta = \dfrac{(2k+1)\pi}{n}$(其中 $k$ 為整數)。若 $\theta = \dfrac{3\pi}{7}$,則 $\dfrac{2k+1}{n} = \dfrac{3}{7}$,當 $n = 7, k = 1$ 時滿足,故 $\theta$ 可能是 $\dfrac{3\pi}{7}$。 (5) 錯誤。若 $\theta = \dfrac{4\pi}{7}$,則 $\dfrac{2k+1}{n} = \dfrac{4}{7} \implies 7(2k+1) = 4n$。因為等號左邊為奇數,等號右邊為偶數,無整數解,故 $\theta$ 不可能是 $\dfrac{4\pi}{7}$。 故選 $(1)(4)$。

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。