已知z= ( sqrt 2)div 2(1-i),则z^100+z^50+1的值为()A. 1B. -1C. iD. -i
A. 1
B. -1
C. i
D. -i
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查复数的极坐标形式、棣莫弗定理的应用,以及复数幂运算的周期性规律。
解题核心思路:
- 将复数转换为极坐标形式,利用模和辐角简化幂运算。
- 利用棣莫弗定理计算高次幂,注意角度的周期性简化。
- 代数运算将各次幂结果相加,最终化简得到答案。
破题关键点:
- 确定复数的模和辐角:通过观察复数形式,快速得出模为1,辐角为$-\frac{\pi}{4}$。
- 角度周期性简化:利用角度$2\pi$的周期性,将大角度转化为$[0, 2\pi)$内的等效角度。
- 幂运算的快速计算:通过指数形式或三角形式直接计算高次幂。
步骤1:将复数$z$转换为极坐标形式
已知$z = \frac{\sqrt{2}}{2}(1 - i)$,计算其模和辐角:
- 模:$|z| = \sqrt{\left(\frac{\sqrt{2}}{2}\right)^2 + \left(-\frac{\sqrt{2}}{2}\right)^2} = \sqrt{\frac{1}{2} + \frac{1}{2}} = 1$。
- 辐角:$\theta = \arctan\left(\frac{-\sqrt{2}/2}{\sqrt{2}/2}\right) = \arctan(-1) = -\frac{\pi}{4}$。
因此,$z$的极坐标形式为:
$z = \cos\left(-\frac{\pi}{4}\right) + i\sin\left(-\frac{\pi}{4}\right) = e^{-i\frac{\pi}{4}}.$
步骤2:计算$z^{100}$
根据棣莫弗定理:
$z^{100} = \cos\left(-100 \cdot \frac{\pi}{4}\right) + i\sin\left(-100 \cdot \frac{\pi}{4}\right).$
简化角度:
$-100 \cdot \frac{\pi}{4} = -25\pi = -25\pi + 13 \cdot 2\pi = \pi \quad (\text{等效角度}).$
因此:
$z^{100} = \cos\pi + i\sin\pi = -1 + 0i = -1.$
步骤3:计算$z^{50}$
同理:
$z^{50} = \cos\left(-50 \cdot \frac{\pi}{4}\right) + i\sin\left(-50 \cdot \frac{\pi}{4}\right).$
简化角度:
$-50 \cdot \frac{\pi}{4} = -12.5\pi = -12.5\pi + 7 \cdot 2\pi = 1.5\pi = \frac{3\pi}{2}.$
因此:
$z^{50} = \cos\frac{3\pi}{2} + i\sin\frac{3\pi}{2} = 0 - i = -i.$
步骤4:求和
将各结果相加:
$z^{100} + z^{50} + 1 = (-1) + (-i) + 1 = 0 - i = -i.$