2002 AMC 12A 第 24 题

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24.

求有多少个有序实数对 (a,b)(a, b) 满足 (a+bi)2002=a−bi(a + bi)^{2002} = a - bi。
Find the number of ordered pairs of real numbers (a,b)(a, b) such that (a+bi)2002=a−bi.(a + bi)^{2002} = a - bi.
10011001
10021002
20012001
20022002
20042004
答案:E
知识点:复数单位根
小提示:
设 z=a+biz = a + bi,则方程为 z2002=z‾z^{2002} = \overline{z};取模长。
Write z=a+bi,z = a + bi, so the equation is z2002=z‾;z^{2002} = \overline{z}; take magnitudes
大提示:
∣z∣2002=∣z∣|z|^{2002} = |z| 迫使 ∣z∣=0|z| = 0 或 ∣z∣=1|z| = 1;当 ∣z∣=1|z| = 1 有 z‾=1z\overline{z} = \dfrac1z。
∣z∣2002=∣z∣|z|^{2002} = |z| forces ∣z∣=0|z| = 0 or ∣z∣=1;|z| = 1; when ∣z∣=1,|z| = 1, z‾=1z\overline{z} = \dfrac1z
解答:
设 z=a+biz = a + bi。方程为 z2002=z‾z^{2002} = \overline{z}。取模长,得 ∣z∣2002=∣z∣|z|^{2002} = |z|,所以 ∣z∣(∣z∣2001−1)=0|z|\big(|z|^{2001} - 1\big) = 0,因此 ∣z∣=0|z| = 0 或 ∣z∣=1|z| = 1。
若 ∣z∣=0|z| = 0,则 (a,b)=(0,0)(a, b) = (0, 0),得到一个解。若 ∣z∣=1|z| = 1,则 z‾=1z\overline{z} = \dfrac1z,所以 z2002=1zz^{2002} = \dfrac1z,即 z2003=1z^{2003} = 1,它有 20032003 个不同的根。
总共有 1+2003=20041 + 2003 = 2004 个有序对。
因此,正确答案是 E。
Let z=a+bi.z = a + bi. The equation is z2002=z‾.z^{2002} = \overline{z}. Taking magnitudes, ∣z∣2002=∣z∣,|z|^{2002} = |z|, so ∣z∣(∣z∣2001−1)=0,|z|\big(|z|^{2001} - 1\big) = 0, giving ∣z∣=0|z| = 0 or ∣z∣=1.|z| = 1.
If ∣z∣=0,|z| = 0, then (a,b)=(0,0),(a, b) = (0, 0), one solution. If ∣z∣=1,|z| = 1, then z‾=1z,\overline{z} = \dfrac1z, so z2002=1z,z^{2002} = \dfrac1z, i.e. z2003=1,z^{2003} = 1, which has 20032003 distinct roots.
Altogether there are 1+2003=20041 + 2003 = 2004 ordered pairs.
Thus, the correct answer is E.
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