Grile de Numere Complexe — Clasa a 10-a

322 întrebări cu variante de răspuns • Algebra

Teorie Numere Complexe — Formule si exemple rezolvate

Probleme de Numere Complexe

160 exerciții cu rezolvare pas cu pas

→
Greu#1
Fie z∈Cz \in \mathbb{C} astfel încât z2+z+1=0z^2 + z + 1 = 0 și nn un număr natural. Se consideră expresia E=z2n+zn+1E = z^{2n} + z^n + 1. Care dintre următoarele afirmații este adevărată pentru orice n∈Nn \in \mathbb{N}?
A) E=0E = 0 dacă nn nu este multiplu de 33, altfel E=3E = 3
B) E=0E = 0 dacă nn este multiplu de 33, altfel E=1E = 1
C) E=0E = 0 dacă nn nu este multiplu de 33, altfel E=1E = 1
D) E=0E = 0 dacă nn este multiplu de 33, altfel E=3E = 3

Explicație

Ecuația z2+z+1=0z^2+z+1=0 are soluțiile z=εz = \varepsilon și z=ε2z = \varepsilon^2, unde ε=cos⁡2π3+isin⁡2π3\varepsilon = \cos\frac{2\pi}{3} + i\sin\frac{2\pi}{3} este o rădăcină cubică primitivă a unității, satisfăcând ε3=1\varepsilon^3=1 și ε2+ε+1=0\varepsilon^2+\varepsilon+1=0. Vom analiza E=z2n+zn+1E = z^{2n} + z^n + 1 pentru zz egal cu una dintre aceste valori.
  1. Dacă nn este multiplu de 33, adică n=3kn=3k, atunci zn=(z3)k=1k=1z^n = (z^3)^k = 1^k = 1 și z2n=(zn)2=12=1z^{2n} = (z^n)^2 = 1^2 = 1. Rezultă E=1+1+1=3E = 1 + 1 + 1 = 3.
  2. Dacă nn nu este multiplu de 33, atunci nn poate fi de forma n=3k+1n=3k+1 sau n=3k+2n=3k+2.
    • Pentru n=3k+1n=3k+1:
      • Dacă z=εz=\varepsilon, atunci zn=ε3k+1=εz^n = \varepsilon^{3k+1} = \varepsilon, z2n=ε6k+2=ε2z^{2n} = \varepsilon^{6k+2} = \varepsilon^2. Deci E=ε2+ε+1=0E = \varepsilon^2 + \varepsilon + 1 = 0.
      • Dacă z=ε2z=\varepsilon^2, atunci zn=(ε2)3k+1=ε6k+2=ε2z^n = (\varepsilon^2)^{3k+1} = \varepsilon^{6k+2} = \varepsilon^2, z2n=ε12k+4=ε4=εz^{2n} = \varepsilon^{12k+4} = \varepsilon^4 = \varepsilon. Deci E=ε+ε2+1=0E = \varepsilon + \varepsilon^2 + 1 = 0.
    • Pentru n=3k+2n=3k+2:
      • Dacă z=εz=\varepsilon, atunci zn=ε3k+2=ε2z^n = \varepsilon^{3k+2} = \varepsilon^2, z2n=ε6k+4=ε4=εz^{2n} = \varepsilon^{6k+4} = \varepsilon^4 = \varepsilon. Deci E=ε+ε2+1=0E = \varepsilon + \varepsilon^2 + 1 = 0.
      • Dacă z=ε2z=\varepsilon^2, atunci zn=(ε2)3k+2=ε6k+4=εz^n = (\varepsilon^2)^{3k+2} = \varepsilon^{6k+4} = \varepsilon, z2n=ε12k+8=ε8=ε2z^{2n} = \varepsilon^{12k+8} = \varepsilon^8 = \varepsilon^2. Deci E=ε2+ε+1=0E = \varepsilon^2 + \varepsilon + 1 = 0.
În concluzie, E=0E = 0 dacă nn nu este multiplu de 33, iar E=3E = 3 dacă nn este multiplu de 33. Deci afirmația corectă este cea din opțiunea A.
Greu#2
Fie z∈Cz \in \mathbb{C}, z≠1z \neq 1, care verifică ecuația z2+z+1=0z^2 + z + 1 = 0. Valoarea expresiei z2023+z−2023z^{2023} + z^{-2023} este:
A) −1-1
B) 00
C) 11
D) 22

Explicație

  1. Din ecuația z2+z+1=0z^2+z+1=0 și z≠1z \neq 1, se știe că zz este o rădăcină cubică a unității diferită de 1, deci z3=1z^3=1.
  2. Reducem exponentul 20232023 modulo 3: 2023=3⋅674+12023 = 3 \cdot 674 + 1, deci z2023=z3⋅674+1=(z3)674⋅z=1674⋅z=zz^{2023} = z^{3 \cdot 674 + 1} = (z^3)^{674} \cdot z = 1^{674} \cdot z = z.
  3. Pentru z−2023z^{-2023}: z−2023=1z2023=1zz^{-2023} = \frac{1}{z^{2023}} = \frac{1}{z}.
  4. Din ecuația inițială, împărțind ambii membri la zz (deoarece z≠0z \neq 0), obținem z+1+1z=0z + 1 + \frac{1}{z} = 0, deci z+1z=−1z + \frac{1}{z} = -1.
  5. Atunci z2023+z−2023=z+1z=−1z^{2023} + z^{-2023} = z + \frac{1}{z} = -1. Deci răspunsul corect este −1-1.
Greu#3
Fie zz un număr complex astfel încât z3=1z^3 = 1 și z≠1z \neq 1. Valoarea expresiei (1−z+z2)(1+z−z2)(1-z+z^2)(1+z-z^2) este:
A) 00
B) 11
C) 44
D) −1-1

Explicație

Deoarece z3=1z^3=1 și z≠1z\neq 1, zz este o rădăcină cubică primitivă a unității, deci satisface z2+z+1=0z^2+z+1=0 (ecuația rădăcinilor complexe). Din z2+z+1=0z^2+z+1=0 avem z2=−1−zz^2=-1-z. Primul factor: 1−z+z2=1−z+(−1−z)=−2z1-z+z^2 = 1 - z + (-1 - z) = -2z. Al doilea factor: 1+z−z2=1+z−(−1−z)=1+z+1+z=2+2z=2(1+z)1+z-z^2 = 1+z - (-1 - z) = 1+z+1+z = 2+2z = 2(1+z). Ținând cont că 1+z=−z21+z = -z^2 (din z2+z+1=0z^2+z+1=0), obținem 1+z−z2=−2z21+z-z^2 = -2z^2. Produsul este: (−2z)⋅(−2z2)=4z3(-2z) \cdot (-2z^2) = 4z^3. Cum z3=1z^3=1, rezultatul final este 44.
Greu#4
Determinați numărul de soluții distincte ale ecuației z4+zˉ2=0z^4 + \bar{z}^2 = 0 în mulțimea numerelor complexe.
A) 4
B) 6
C) 7
D) 8

Explicație

Fie z=reiθz = r e^{i\theta}, cu r≥0r \geq 0 și θ∈[0,2π)\theta \in [0, 2\pi). Atunci zˉ=re−iθ\bar{z} = r e^{-i\theta}. Ecuația devine: r4e4iθ+r2e−2iθ=0r^4 e^{4i\theta} + r^2 e^{-2i\theta} = 0. Cazul 1: r=0r=0. Atunci z=0z=0, care este soluție. Cazul 2: r>0r>0. Împărțim ecuația prin r2r^2: r2e4iθ+e−2iθ=0⇒r2e4iθ=−e−2iθr^2 e^{4i\theta} + e^{-2i\theta} = 0 \Rightarrow r^2 e^{4i\theta} = - e^{-2i\theta}. Scriem −1=eiπ-1 = e^{i\pi}; atunci r2e4iθ=eiπe−2iθ=ei(π−2θ)r^2 e^{4i\theta} = e^{i\pi} e^{-2i\theta} = e^{i(\pi - 2\theta)}. Egalând modulele: r2=1⇒r=1r^2 = 1 \Rightarrow r=1 (doar r>0r>0). Egalând argumentele (modulo 2π2\pi): 4θ=π−2θ+2kπ, k∈Z⇒6θ=π+2kπ⇒θ=π6+kπ34\theta = \pi - 2\theta + 2k\pi, \, k \in \mathbb{Z} \Rightarrow 6\theta = \pi + 2k\pi \Rightarrow \theta = \frac{\pi}{6} + \frac{k\pi}{3}. Pentru k=0,1,2,3,4,5k = 0,1,2,3,4,5 obținem valori distincte ale lui θ\theta în [0,2π)[0, 2\pi): θ0=π6, θ1=π2, θ2=5π6, θ3=7π6, θ4=3π2, θ5=11π6\theta_0 = \frac{\pi}{6},\ \theta_1 = \frac{\pi}{2},\ \theta_2 = \frac{5\pi}{6},\ \theta_3 = \frac{7\pi}{6},\ \theta_4 = \frac{3\pi}{2},\ \theta_5 = \frac{11\pi}{6}. Acestea corespund la 6 soluții distincte de forma z=eiθz = e^{i\theta}. Împreună cu z=0z=0, în total avem 7 soluții distincte.
Greu#5
Fie z∈Cz \in \mathbb{C}, z≠0z \neq 0, astfel încât z+1z=1z + \frac{1}{z} = 1. Care este valoarea lui z10+1z10z^{10} + \frac{1}{z^{10}}?
A) −1-1
B) 11
C) 22
D) −2-2

Explicație

  1. Din z+1z=1z + \frac{1}{z} = 1, înmulțim cu zz (condiția z≠0z \neq 0) și obținem z2−z+1=0z^2 - z + 1 = 0.
  2. Discriminantul ecuației este Δ=(−1)2−4⋅1⋅1=−3\Delta = (-1)^2 - 4 \cdot 1 \cdot 1 = -3. Soluțiile sunt z=1±i32z = \frac{1 \pm i\sqrt{3}}{2}, care se scriu sub formă trigonometrică: z=cos⁡π3±isin⁡π3=e±iπ/3z = \cos\frac{\pi}{3} \pm i\sin\frac{\pi}{3} = e^{\pm i\pi/3}.
  3. Calculăm z3=(e±iπ/3)3=e±iπ=−1z^3 = (e^{\pm i\pi/3})^3 = e^{\pm i\pi} = -1, deci z6=(z3)2=1z^6 = (z^3)^2 = 1.
  4. Folosind z6=1z^6 = 1, simplificăm: z10=z6⋅z4=z4z^{10} = z^{6} \cdot z^{4} = z^{4} și 1z10=z−10=z2⋅z−12=z2⋅(z6)−2=z2\frac{1}{z^{10}} = z^{-10} = z^{2} \cdot z^{-12} = z^{2} \cdot (z^{6})^{-2} = z^{2} (deoarece z12=(z6)2=1z^{12} = (z^6)^2 = 1). Astfel, z10+1z10=z4+z2z^{10} + \frac{1}{z^{10}} = z^{4} + z^{2}.
  5. Din ecuația z2−z+1=0z^2 - z + 1 = 0 obținem z2=z−1z^2 = z - 1. Ridicând la pătrat: z4=(z−1)2=z2−2z+1z^4 = (z-1)^2 = z^2 - 2z + 1. Înlocuind z2=z−1z^2 = z-1, avem z4=(z−1)−2z+1=−zz^4 = (z-1) - 2z + 1 = -z.
  6. În final, z4+z2=−z+(z−1)=−1z^{4} + z^{2} = -z + (z-1) = -1. Deci z10+1z10=−1z^{10} + \frac{1}{z^{10}} = -1.
Greu#6
Fie z1z_1 și z2z_2 rădăcinile ecuației z2+(3−i)z+(4−3i)=0z^2 + (3-i)z + (4-3i)=0. Valoarea lui ∣z1∣2+∣z2∣2|z_1|^2 + |z_2|^2 este:
A) 8
B) 10
C) 12
D) 14

Explicație

Folosim relațiile lui Viete: z1+z2=−(3−i)z_1+z_2 = -(3-i) și z1z2=4−3iz_1z_2 = 4-3i. Calculăm ∣z1+z2∣2=∣−3+i∣2=(−3)2+12=10|z_1+z_2|^2 = |{-3+i}|^2 = (-3)^2 + 1^2 = 10. Discriminantul este Δ=(3−i)2−4(4−3i)=9−6i−1−16+12i=−8+6i\Delta = (3-i)^2 - 4(4-3i) = 9 -6i -1 -16 +12i = -8+6i. Modulul pătrat al diferenței rădăcinilor este ∣z1−z2∣2=∣Δ∣2=∣Δ∣=∣−8+6i∣=(−8)2+622=64+36=100|z_1-z_2|^2 = |\sqrt{\Delta}|^2 = |\Delta| = |{-8+6i}| = \sqrt{(-8)^2+6^2}^2 = 64+36=100, deci ∣z1−z2∣2=100|z_1-z_2|^2 = 100? Atenție: ∣Δ∣|\Delta| este modulul lui Δ\Delta, adică (−8)2+62=100=10\sqrt{(-8)^2+6^2}=\sqrt{100}=10, deci ∣Δ∣=10|\Delta| = 10, iar ∣z1−z2∣2=∣Δ∣2=∣Δ∣=10|z_1-z_2|^2 = |\sqrt{\Delta}|^2 = |\Delta| = 10 (nu 100). Utilizăm identitatea algebrică: ∣z1∣2+∣z2∣2=∣z1+z2∣2+∣z1−z2∣22=10+102=10|z_1|^2+|z_2|^2 = \frac{|z_1+z_2|^2 + |z_1-z_2|^2}{2} = \frac{10+10}{2}=10.
Greu#7
Calculați suma S=cos⁡π7+cos⁡3π7+cos⁡5π7S = \cos\frac{\pi}{7} + \cos\frac{3\pi}{7} + \cos\frac{5\pi}{7}.
A) 00
B) 12\frac{1}{2}
C) 11
D) −12-\frac{1}{2}

Explicație

Se consideră numărul complex ω=cos⁡π7+isin⁡π7\omega = \cos\frac{\pi}{7} + i\sin\frac{\pi}{7}. Atunci ω7=cos⁡π+isin⁡π=−1\omega^7 = \cos\pi + i\sin\pi = -1. Suma dată este partea reală a sumei ω+ω3+ω5\omega + \omega^3 + \omega^5.\nNotăm A=ω+ω3+ω5A = \omega + \omega^3 + \omega^5 și B=ω2+ω4+ω6B = \omega^2 + \omega^4 + \omega^6. Deoarece ω7=−1\omega^7 = -1, avem ω−1=−ω6\omega^{-1} = -\omega^6, ω−3=−ω4\omega^{-3} = -\omega^4, ω−5=−ω2\omega^{-5} = -\omega^2. Atunci S=12(A+A‾)=12(A+(−ω6−ω4−ω2))=12(A−B)S = \frac{1}{2}(A + \overline{A}) = \frac{1}{2}(A + (-\omega^6 - \omega^4 - \omega^2)) = \frac{1}{2}(A - B).\nCum ω\omega este rădăcină a ecuației x7+1=0x^7 + 1 = 0, suma tuturor rădăcinilor (inclusiv ω0=1\omega^0 = 1) este 00, deci 1+A+B=0⇒A+B=−11 + A + B = 0 \Rightarrow A + B = -1.\nCalculăm A−BA - B: A−B=(ω+ω3+ω5)−(ω2+ω4+ω6)=ω1−(−ω)61+ω=ω1−ω61+ωA - B = (\omega + \omega^3 + \omega^5) - (\omega^2 + \omega^4 + \omega^6) = \omega \frac{1 - (-\omega)^6}{1 + \omega} = \omega \frac{1 - \omega^6}{1+\omega}. Din ω7=−1\omega^7 = -1, avem ω6=−ω−1\omega^6 = -\omega^{-1}, deci 1−ω6=1+ω−1=ω+1ω1 - \omega^6 = 1 + \omega^{-1} = \frac{\omega+1}{\omega}. Înlocuind: A−B=ω⋅ω+1ω1+ω=1A - B = \omega \cdot \frac{\frac{\omega+1}{\omega}}{1+\omega} = 1.\nPrin urmare, S=12(A−B)=12⋅1=12S = \frac{1}{2}(A - B) = \frac{1}{2} \cdot 1 = \frac{1}{2}.
Greu#8
Fie z∈C∗z \in \mathbb{C}^* astfel încât ∣z∣=1|z|=1 și z2+zˉ2=1z^2 + \bar{z}^2 = 1. Valoarea lui ∣z6−1∣|z^6 - 1| este:
A) 0
B) 1
C) 2
D) 3\sqrt{3}

Explicație

  1. Din ∣z∣=1|z|=1 rezultă zzˉ=1z\bar{z}=1, deci zˉ=1z\bar{z} = \frac{1}{z}.
  2. Înlocuim: z2+zˉ2=z2+1z2=1z^2 + \bar{z}^2 = z^2 + \frac{1}{z^2} = 1.
  3. Multiplicăm cu z2z^2 (nenul): z4+1=z2⇒z4−z2+1=0z^4 + 1 = z^2 \Rightarrow z^4 - z^2 + 1 = 0.
  4. Din ecuația z4−z2+1=0z^4 - z^2 + 1 = 0 exprimăm z4=z2−1z^4 = z^2 - 1.
  5. Calculăm z6=z2⋅z4=z2(z2−1)=z4−z2=(z2−1)−z2=−1z^6 = z^2 \cdot z^4 = z^2(z^2 - 1) = z^4 - z^2 = (z^2 - 1) - z^2 = -1.
  6. Așadar, z6=−1z^6 = -1, deci ∣z6−1∣=∣−1−1∣=∣−2∣=2|z^6 - 1| = |-1 - 1| = |-2| = 2. Alternativ, se poate folosi forma trigonometrică: z=cos⁡θ+isin⁡θz = \cos\theta + i\sin\theta cu ∣z∣=1|z|=1. Atunci z2+zˉ2=2cos⁡(2θ)=1z^2 + \bar{z}^2 = 2\cos(2\theta)=1, deci cos⁡(2θ)=12⇒2θ=±π3+2kπ⇒θ=±π6+kπ\cos(2\theta)=\frac{1}{2} \Rightarrow 2\theta = \pm\frac{\pi}{3} + 2k\pi \Rightarrow \theta = \pm\frac{\pi}{6} + k\pi. Atunci 6θ=±π+6kπ6\theta = \pm\pi + 6k\pi, deci z6=cos⁡(6θ)+isin⁡(6θ)=cos⁡(±π)+isin⁡(±π)=−1z^6 = \cos(6\theta) + i\sin(6\theta) = \cos(\pm\pi) + i\sin(\pm\pi) = -1, iar modulul este tot 2.
Greu#9
Fie numărul complex z=3+i2z = \frac{\sqrt{3}+i}{2}. Calculați z2023+z‾2023z^{2023} + \overline{z}^{2023}.
A) −3-\sqrt{3}
B) 3\sqrt{3}
C) −1-1
D) 11

Explicație

Se observă că z=cos⁡π6+isin⁡π6=eiπ/6z = \cos\frac{\pi}{6} + i\sin\frac{\pi}{6} = e^{i\pi/6} deoarece 32=cos⁡π6\frac{\sqrt{3}}{2} = \cos\frac{\pi}{6} și 12=sin⁡π6\frac{1}{2} = \sin\frac{\pi}{6}. Atunci conjugatul este z‾=cos⁡π6−isin⁡π6=e−iπ/6\overline{z} = \cos\frac{\pi}{6} - i\sin\frac{\pi}{6} = e^{-i\pi/6}. Folosind formula lui De Moivre, z2023=ei2023π/6z^{2023} = e^{i 2023\pi/6} și z‾2023=e−i2023π/6\overline{z}^{2023} = e^{-i 2023\pi/6}. Suma devine z2023+z‾2023=eiθ+e−iθ=2cos⁡θz^{2023} + \overline{z}^{2023} = e^{i\theta} + e^{-i\theta} = 2\cos\theta, unde θ=2023π6\theta = \frac{2023\pi}{6}. Simplificăm argumentul modulo 2π2\pi: împărțim 2023 la 12 (deoarece 2π=12π62\pi = \frac{12\pi}{6}): 2023=12⋅168+72023 = 12 \cdot 168 + 7, deci 2023π6=168⋅2π+7π6\frac{2023\pi}{6} = 168 \cdot 2\pi + \frac{7\pi}{6}. Astfel, cos⁡(2023π6)=cos⁡(7π6)=cos⁡(π+π6)=−cos⁡π6=−32\cos\left(\frac{2023\pi}{6}\right) = \cos\left(\frac{7\pi}{6}\right) = \cos\left(\pi + \frac{\pi}{6}\right) = -\cos\frac{\pi}{6} = -\frac{\sqrt{3}}{2}. În final, z2023+z‾2023=2⋅(−32)=−3z^{2023} + \overline{z}^{2023} = 2 \cdot \left(-\frac{\sqrt{3}}{2}\right) = -\sqrt{3}.
Greu#10
Fie ε\varepsilon o rădăcină complexă a ecuației z3=1z^3 = 1, diferită de 11. Valoarea expresiei (1+ε)2023+(1+ε2)2023(1+\varepsilon)^{2023} + (1+\varepsilon^2)^{2023} este:
A) 1
B) -1
C) 0
D) 2

Explicație

  1. Deoarece ε\varepsilon este o rădăcină cubică a unității diferită de 11, avem ε3=1\varepsilon^3=1 și 1+ε+ε2=01+\varepsilon+\varepsilon^2=0.
  2. Din 1+ε+ε2=01+\varepsilon+\varepsilon^2=0 obținem 1+ε=−ε21+\varepsilon = -\varepsilon^2 și 1+ε2=−ε1+\varepsilon^2 = -\varepsilon.
  3. Înlocuind în expresie: (1+ε)2023+(1+ε2)2023=(−ε2)2023+(−ε)2023=(−1)2023(ε4046+ε2023)=−(ε4046+ε2023)(1+\varepsilon)^{2023} + (1+\varepsilon^2)^{2023} = (-\varepsilon^2)^{2023} + (-\varepsilon)^{2023} = (-1)^{2023}(\varepsilon^{4046} + \varepsilon^{2023}) = -(\varepsilon^{4046} + \varepsilon^{2023}).
  4. Reducem exponenții modulo 3: 2023=3⋅674+12023 = 3 \cdot 674 + 1, deci ε2023=ε3⋅674+1=(ε3)674⋅ε=1674⋅ε=ε\varepsilon^{2023} = \varepsilon^{3 \cdot 674 + 1} = (\varepsilon^3)^{674} \cdot \varepsilon = 1^{674} \cdot \varepsilon = \varepsilon.
  5. 4046=3⋅1348+24046 = 3 \cdot 1348 + 2, deci ε4046=ε3⋅1348+2=(ε3)1348⋅ε2=11348⋅ε2=ε2\varepsilon^{4046} = \varepsilon^{3 \cdot 1348 + 2} = (\varepsilon^3)^{1348} \cdot \varepsilon^2 = 1^{1348} \cdot \varepsilon^2 = \varepsilon^2.
  6. Expresia devine −(ε2+ε)=−(−1)=1-(\varepsilon^2 + \varepsilon) = -(-1) = 1, deoarece din 1+ε+ε2=01+\varepsilon+\varepsilon^2=0 rezultă ε+ε2=−1\varepsilon+\varepsilon^2 = -1. Deci valoarea expresiei este 11.
Greu#11
Fie z∈C∗z \in \mathbb{C}^* astfel încât ∣z+1z∣=1\left| z + \frac{1}{z} \right| = 1. Care este valoarea maximă posibilă a lui ∣z∣|z|?
A) 1+52\frac{1+\sqrt{5}}{2}
B) 2\sqrt{2}
C) 5−12\frac{\sqrt{5}-1}{2}
D) 52\frac{\sqrt{5}}{2}

Explicație

Se notează z=r(cos⁡θ+isin⁡θ)z = r(\cos\theta + i\sin\theta) cu r>0r>0. Atunci 1z=1r(cos⁡θ−isin⁡θ)\frac{1}{z} = \frac{1}{r}(\cos\theta - i\sin\theta). Modulul pătrat: ∣z+1z∣2=(r+1r)2cos⁡2θ+(r−1r)2sin⁡2θ=r2+1r2+2cos⁡2θ|z+\frac{1}{z}|^2 = (r+\frac{1}{r})^2\cos^2\theta + (r-\frac{1}{r})^2\sin^2\theta = r^2 + \frac{1}{r^2} + 2\cos2\theta. Din condiția ∣z+1z∣=1|z+\frac{1}{z}|=1 rezultă r2+1r2+2cos⁡2θ=1r^2 + \frac{1}{r^2} + 2\cos2\theta = 1, deci r2+1r2=1−2cos⁡2θr^2 + \frac{1}{r^2} = 1 - 2\cos2\theta. Deoarece r2+1r2≥2r^2 + \frac{1}{r^2} \geq 2 (inegalitatea mediilor), avem 1−2cos⁡2θ≥2⇒cos⁡2θ≤−121-2\cos2\theta \geq 2 \Rightarrow \cos2\theta \leq -\frac{1}{2}. Totodată, cos⁡2θ≥−1\cos2\theta \geq -1, deci 1−2cos⁡2θ≤31-2\cos2\theta \leq 3. Astfel, r2+1r2∈[2,3]r^2 + \frac{1}{r^2} \in [2,3]. Pentru a maximiza ∣z∣=r|z|=r, căutăm maximul lui r2+1r2r^2+\frac{1}{r^2}, adică 33. Ecuația r2+1r2=3r^2+\frac{1}{r^2}=3 se rescrie ca r4−3r2+1=0r^4-3r^2+1=0, cu soluțiile r2=3±52r^2 = \frac{3\pm\sqrt{5}}{2}. Maximul lui rr se obține pentru r2=3+52r^2 = \frac{3+\sqrt{5}}{2}. Observând că 3+52=(1+52)2\frac{3+\sqrt{5}}{2} = \left(\frac{1+\sqrt{5}}{2}\right)^2, rezultă r=1+52r = \frac{1+\sqrt{5}}{2} (r>0). Se verifică alegând θ=π2\theta = \frac{\pi}{2} (pentru care cos⁡2θ=−1\cos2\theta = -1): z=1+52iz = \frac{1+\sqrt{5}}{2} i, 1z=−21+5i=−5−12i\frac{1}{z} = -\frac{2}{1+\sqrt{5}}i = -\frac{\sqrt{5}-1}{2} i, iar z+1z=i(1+52−5−12)=iz+\frac{1}{z} = i \left(\frac{1+\sqrt{5}}{2} - \frac{\sqrt{5}-1}{2}\right) = i, cu modulul 11. Așadar, valoarea maximă este 1+52\frac{1+\sqrt{5}}{2}.
Greu#12
Determinați numărul de soluții complexe distincte ale ecuației z2023=z‾z^{2023} = \overline{z}.
A) 2023
B) 2024
C) 2025
D) 2026

Explicație

  1. Verificăm că z=0z=0 este soluție: 02023=00^{2023}=0 și 0‾=0\overline{0}=0, deci egalitate.\n2. Pentru z≠0z\neq 0, scriem z=reiθz=re^{i\theta}, cu r>0r>0, θ∈[0,2π)\theta\in[0,2\pi).\n3. Ecuația devine: r2023ei2023θ=re−iθr^{2023}e^{i2023\theta} = r e^{-i\theta}.\n4. Egalând modulele: r2023=r⇒r2022=1⇒r=1r^{2023}=r \Rightarrow r^{2022}=1 \Rightarrow r=1 (deoarece r>0r>0).\n5. Egalând argumentele (mod 2π2\pi): 2023θ=−θ+2kπ2023\theta = -\theta + 2k\pi, k∈Zk\in\mathbb{Z} ⇒\Rightarrow 2024θ=2kπ2024\theta = 2k\pi ⇒\Rightarrow θ=kπ1012\theta = \frac{k\pi}{1012}, k=0,1,…,2023k=0,1,\dots,2023.\n6. Pentru k=0,1,…,2023k=0,1,\dots,2023 se obțin 20242024 valori distincte ale lui θ\theta în [0,2π)[0,2\pi), deci 20242024 soluții nenule.\n7. Împreună cu z=0z=0, totalul este 2024+1=20252024+1=2025 soluții complexe distincte.

Și alte 310 grile disponibile după înregistrare.

57 zile până la BAC

Pregătește-te la Numere Complexe cu AI

Accesează toate cele 322 probleme de Numere Complexe cu rezolvări complete pas cu pas și corectare automată AI.

Vreau evaluare AI pe soluția mea

50 credite gratuite la înregistrare. Fără card, fără obligații.