2021 AMC 12A Spring 第 13 题

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13.

在下列复数 zz 中,哪一个使 z5z^5 的实部最大?
Of the following complex numbers z,z, which one has the property that z5z^5 has the greatest real part?
−2-2
−3+i-\sqrt3 + i
−2+2 i-\sqrt2 + \sqrt2\, i
−1+3 i-1 + \sqrt3\, i
2i2i
答案:B
知识点:棣莫弗定理复数
小提示:
每个选项的模都是 22,所以 z5z^5 的模都是 3232;只有角度有影响
Every choice has modulus 2,2, so z5z^5 has modulus 32;32; only the angle matters
大提示:
若辐角为 θ\theta 则 z5z^5 的实部是 32cos⁡(5θ)32\cos(5\theta);找出哪个 5θ5\theta 最接近 360∘360^\circ 的倍数
For angle θ,\theta, the real part of z5z^5 is 32cos⁡(5θ);32\cos(5\theta); find which 5θ5\theta is closest to a multiple of 360∘360^\circ
解答:
每个列出的复数模都是 22,所以 z5z^5 的模是 3232,其实部为 32cos⁡(5θ)32\cos(5\theta),其中 θ\theta 是 zz 的辐角。五个辐角分别是 180∘180^\circ,150∘150^\circ,135∘135^\circ,120∘120^\circ,和 90∘90^\circ。
乘以 55 后得到 900∘≡180∘900^\circ \equiv 180^\circ,750∘≡30∘750^\circ \equiv 30^\circ,675∘≡315∘675^\circ \equiv 315^\circ,600∘≡240∘600^\circ \equiv 240^\circ,和 450∘≡90∘450^\circ \equiv 90^\circ。其中最大的余弦是 cos⁡30∘\cos 30^\circ,来自 z=−3+iz = -\sqrt3 + i,实部为 16316\sqrt3。
因此,正确答案是 B。
Each listed number has modulus 2,2, so z5z^5 has modulus 32,32, and its real part is 32cos⁡(5θ),32\cos(5\theta), where θ\theta is the argument of z.z. The arguments are 180∘,180^\circ, 150∘,150^\circ, 135∘,135^\circ, 120∘,120^\circ, and 90∘.90^\circ.
Multiplying by 55 gives 900∘≡180∘,900^\circ \equiv 180^\circ, 750∘≡30∘,750^\circ \equiv 30^\circ, 675∘≡315∘,675^\circ \equiv 315^\circ, 600∘≡240∘,600^\circ \equiv 240^\circ, and 450∘≡90∘.450^\circ \equiv 90^\circ. The largest cosine is cos⁡30∘,\cos 30^\circ, from z=−3+i,z = -\sqrt3 + i, giving real part 163.16\sqrt3.
Thus, the correct answer is B.
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