2019 AMC 12B 第 17 题

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17.

有多少个非零复数 zz 满足:在复平面中,00zzz3z^3 所表示的点是一个等边三角形的三个不同顶点?

How many nonzero complex numbers zz have the property that 0,0, z,z, and z3,z^3, when represented by points in the complex plane, are the three distinct vertices of an equilateral triangle?

00

11

22

44

无穷多个

infinitely many

答案:D
知识点:复数等边三角形
难度评级:1910
小提示:

等边意味着 z=z3=z3z|z|=|z^3|=|z^3-z|

Equilateral means z=z3=z3z|z|=|z^3|=|z^3-z|

大提示:

z=z3|z|=|z^3| 强制 z=1|z|=1;然后要求 z21=1|z^2-1|=1

z=z3|z|=|z^3| forces z=1;|z|=1; then require z21=1|z^2-1|=1

解答:

这三个点构成等边三角形,当且仅当 z=z3=z3z|z|=|z^3|=|z^3-z|。由 z=z3=z3|z|=|z^3|=|z|^3z=1|z|=1

于是 z3z=zz21=z21|z^3-z|=|z|\,|z^2-1|=|z^2-1|,所以需要 z21=1|z^2-1|=1。写 z=eiθz=e^{i\theta},则 z21=2sinθ=1|z^2-1|=2|\sin\theta|=1,所以 sinθ=12|\sin\theta|=\dfrac12

因此 θ=30,150,210,330\theta=30^\circ,150^\circ,210^\circ,330^\circ,给出四个 zz 的值,并且所得顶点互不相同。

所以正确答案是 D

The three points form an equilateral triangle iff z=z3=z3z.|z|=|z^3|=|z^3-z|. From z=z3=z3|z|=|z^3|=|z|^3 we get z=1.|z|=1.

Then z3z=zz21=z21,|z^3-z|=|z|\,|z^2-1|=|z^2-1|, so we need z21=1.|z^2-1|=1. Writing z=eiθ,z=e^{i\theta}, z21=2sinθ=1,|z^2-1|=2|\sin\theta|=1, so sinθ=12.|\sin\theta|=\dfrac12.

This gives θ=30,150,210,330,\theta=30^\circ,150^\circ,210^\circ,330^\circ, four values of z,z, all yielding distinct vertices.

Thus, D is the correct answer.

第 16 题#16
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