格物学 第七章 复数7.3 ⋆复数的三角表示

复数的代数形式与三角形式的互化-7.3 ⋆复数的三角表示知识点回顾基础自测题答案-海南省等高二数学必修,平均正确率66.0%

2025-05-24
复数的代数形式与三角形式的互化-7.3 ⋆复数的三角表示知识点回顾基础自测题答案-海南省等高二数学必修,平均正确率66.0%
1、['复数的分类', '复数的代数形式与三角形式的互化', '充分、必要条件的判定']

正确率40.0%任何一个复数$${{z}{=}{a}{+}{b}{i}}$$(其中$${{a}{,}{b}{∈}{R}}$$,$${{i}}$$为虚数单位)都可以表示成$${{z}{=}{r}{(}{{c}{o}{s}}{θ}{+}{{i}{s}{i}{n}}{θ}{)}}$$(其中$${{r}{⩾}{0}}$$,$${{θ}{∈}{R}}$$)的形式,通常称之为复数$${{z}}$$的三角形式.法国数学家棣莫弗发现:$${{[}{r}{(}{{c}{o}{s}}{θ}{+}{{i}{s}{i}{n}}{θ}{)}{]}^{n}}$$$${{=}{{r}^{n}}{{c}{o}{s}}{n}{θ}{+}{i}{s}{i}{n}{n}{θ}{,}{{(}{{n}{∈}{{N}_{+}}}{)}}}$$,我们称这个结论为棣莫弗定理.由棣莫弗定理可知,$${{“}}$$$${{n}}$$为偶数$${{”}}$$是$${{“}}$$复数$$\left( \operatorname{c o s} \frac\pi4+\mathrm{i s i n} \frac\pi4 \right)^{m}$$为纯虚数的是(

B

A.充分不必要条件

B.必要不充分条件

C.充要条件

D.既不充分也不必要条件

2、['利用诱导公式化简', '复平面内的点、复数及平面向量', '复数的代数形式与三角形式的互化']

正确率60.0%欧拉$${({L}{e}{o}{n}{h}{a}{r}{d}{E}{u}{l}{e}{r}}$$,国籍瑞士)是科学史上最多产的一位杰出的数学家,他发明的公式$$e^{i x}=\operatorname{c o s} x+i \operatorname{s i n} x \left( i \right)$$为虚数单位),将指数函数的定义域扩大到复数,建立了三角函数和指数函数的关系,这个公式在复变函数理论中占用非常重要的地位,被誉为$${{“}}$$数学中的天桥$${{”}}$$,根据此公式可知,$$e^{-4 i}$$表示的复数在复平面中位于(

B

A.第一象限

B.第二象限

C.第三象限

D.第四象限

3、['复数的代数形式与三角形式的互化']

正确率80.0%复数$$4 \left( \mathrm{s i n} \frac{3 \pi} {4}+\mathrm{i c o s} \frac{3 \pi} {4} \right)$$的代数形式是(

B

A.$${{2}{\sqrt {2}}{+}{2}{\sqrt {2}}{i}}$$

B.$${{2}{\sqrt {2}}{−}{2}{\sqrt {2}}{i}}$$

C.$${{−}{2}{\sqrt {2}}{−}{2}{\sqrt {2}}{i}}$$

D.$${{−}{2}{\sqrt {2}}{+}{2}{\sqrt {2}}{i}}$$

4、['复数的代数形式与三角形式的互化', '复平面内的点、复数及平面向量']

正确率60.0%欧拉公式$$\mathrm{e}^{\mathrm{i} x}=\operatorname{c o s} x+\mathrm{i s i n} \; x ( \mathrm{i}$$是虚数单位)是由瑞士著名数学家欧拉发明的,它将指数函数的定义域扩大到复数,建立了三角函数和指数函数之间的关系,被誉为“数学中的天桥”.根据欧拉公式,复数$$\mathrm{e}^{\frac{8 \pi} {3} \mathrm{i}}$$在复平面内对应的点所在的象限为(

B

A.第一象限

B.第二象限

C.第三象限

D.第四象限

5、['复数的代数形式与三角形式的互化']

正确率60.0%下列表示复数$${{1}{+}{i}}$$的三角形式中:①$$\sqrt{2} \left( \mathrm{c o s} \frac{\pi} {4}+\mathrm{i s i n} \frac{\pi} {4} \right)$$;②$$\sqrt{2} \left[ \operatorname{c o s} \left(-\frac{\pi} {4} \right)+\mathrm{i s i n} \frac{\pi} {4} \right]$$;③$$\sqrt{2} \left( \mathrm{c o s} \frac{9 \pi} {4}+\mathrm{i s i n} \frac{9 \pi} {4} \right)$$;④$$\sqrt{2} \left( \mathrm{c o s} \frac{\pi} {4}+\mathrm{i s i n} \frac{3 \pi} {4} \right)$$.正确的个数是(

B

A.$${{1}}$$

B.$${{2}}$$

C.$${{3}}$$

D.$${{4}}$$

6、['复数的代数形式与三角形式的互化', '复数三角形式的除法运算及其几何意义']

正确率60.0%在复平面中,将复数$${{1}{+}{\sqrt {3}}{i}}$$对应的向量$$\overrightarrow{O N}$$绕原点按顺时针方向旋转$$\frac{\pi} {2} ( O$$为坐标原点),得到的向量为$$\overrightarrow{O N_{1}},$$那么$$\overrightarrow{O N_{1}}$$对应的复数是(

A

A.$${\sqrt {3}{−}{i}}$$

B.$${\sqrt {3}{+}{i}}$$

C.$${{−}{\sqrt {3}}{−}{i}}$$

D.$${{−}{\sqrt {3}}{+}{i}}$$

7、['函数与数学文化结合', '复平面内的点、复数及平面向量', '复数的代数形式与三角形式的互化']

正确率60.0%瑞士著名数学家欧拉发现公式$$e^{i x}=\operatorname{c o s} x+i \operatorname{s i n} x ( i$$为虚数单位$${{)}}$$,它将指数函数的定义域扩大到复数集,建立了三角函数和指数函数的关系,它在复变函数论里占有非常重要的地位.特别是当$${{x}{=}{π}}$$时,$$e^{i \pi}+1=0$$被认为是数学上最优美的公式,数学家们评价它是$${{“}}$$上帝创造的公式$${{”}}$$.根据欧拉公式可知,$${{e}^{i}}$$表示的复数在复平面中位于(

A

A.第一象限

B.第二象限

C.第三象限

D.第四象限

8、['复数的代数形式与三角形式的互化', '复平面内的点、复数及平面向量']

正确率80.0%在复平面内,$${{O}}$$为坐标原点,复数$${{z}}$$对应的点为$${{Z}{(}{1}{,}{0}{)}}$$,将向量$$\overrightarrow{O Z}$$按逆时针方向旋转$${{3}{0}{°}}$$得到$$\overrightarrow{O Z^{\prime}}$$,则$$\overrightarrow{O Z^{\prime}}$$对应的复数$${{z}{^{′}}}$$为$${{(}{)}}$$

A

A.$$\frac{\sqrt3} {2}+\frac1 2 \mathrm{i}$$

B.$$\frac{1} {2}+\frac{\sqrt{3}} {2} \mathrm{i}$$

C.$$\frac{\sqrt{3}} {2}-\frac{1} {2} \mathrm{i}$$

D.$$\frac1 2-\frac{\sqrt3} 2 \mathrm{i}$$

9、['复数的代数形式与三角形式的互化', '辐角的主值']

正确率80.0%任意复数$${{z}{=}{a}{+}{{b}{i}}{(}{a}{,}{b}{∈}{R}{,}{i}}$$为虚数单位$${{)}}$$都可以$${{z}{=}{r}{(}{{c}{o}{s}}{θ}{+}{i}{{s}{i}{n}}{θ}{)}}$$的形式,其中$${{r}{=}{\sqrt {{a}^{2}{+}{{b}^{2}}}}{,}{0}{⩽}{θ}{<}{2}{π}{)}}$$该形式为复数的三角形式,其中$${{θ}}$$称为复数的辐角主值.若复数$$z=\frac{2 i} {1-\sqrt{3} i}$$,则$${{z}}$$的辐角主值为$${{(}{)}}$$

D

A.$$\begin{array} {l l} {\frac{\pi} {6}} \\ \end{array}$$

B.$$\frac{\pi} {3}$$

C.$$\frac{2 \pi} {3}$$

D.$$\frac{5 \pi} {6}$$

10、['复数的代数形式与三角形式的互化']

正确率80.0%在复平面内,复数$${{z}{=}{a}{+}{b}{i}{{(}{{a}{∈}{R}{,}{b}{∈}{R}}{)}}}$$对应向量$$\overrightarrow{O Z} ( O$$为坐标原点$${{)}}$$,设$$| \overrightarrow{O Z} |=r$$,以射线$${{O}{x}}$$为始边,$${{O}{Z}}$$为终边逆时针旋转的角为$${{θ}}$$,则$${{z}{=}{r}{{(}{{c}{o}{s}{θ}{+}{i}{{s}{i}{n}}{θ}}{)}}}$$,法国数学家棣莫弗发现棣莫弗定理:$${{z}_{1}{=}{{r}_{1}}{{(}{{c}{o}{s}{{θ}_{1}}{+}{i}{{s}{i}{n}}{{θ}_{1}}}{)}}}$$,$${{z}_{2}{=}{{r}_{2}}{{(}{{c}{o}{s}{{θ}_{2}}{+}{i}{{s}{i}{n}}{{θ}_{2}}}{)}}}$$,则$${{z}_{1}{{z}_{2}}{=}{{r}_{1}}{{r}_{2}}{{[}{{c}{o}{s}}{{(}{{θ}_{1}{+}{{θ}_{2}}}{)}}{+}{i}{{s}{i}{n}}{{(}{{θ}_{1}{+}{{θ}_{2}}}{)}}{]}}}$$,由棣莫弗定理导出了复数乘方公式:$${{z}^{n}{=}{{[}{r}{{(}{{c}{o}{s}{θ}{+}{i}{{s}{i}{n}}{θ}}{)}}{]}^{n}}{=}{{r}^{n}}{{(}{{c}{o}{s}{n}{θ}{+}{i}{{s}{i}{n}}{n}{θ}}{)}}}$$,则$$\left(-1+\sqrt{3} i \right)^{1 0}=( ~ ~ ~ )$$

D

A.$${{1}{0}{2}{4}{−}{{1}{0}{2}{4}}{\sqrt {3}}{i}}$$

B.$${{−}{{1}{0}{2}{4}}{+}{{1}{0}{2}{4}}{\sqrt {3}}{i}}$$

C.$${{5}{1}{2}{−}{{5}{1}{2}}{\sqrt {3}}{i}}$$

D.$${{−}{{5}{1}{2}}{+}{{5}{1}{2}}{\sqrt {3}}{i}}$$

1. 首先,根据棣莫弗定理,复数 $$\left( \cos \frac{\pi}{4} + i \sin \frac{\pi}{4} \right)^n$$ 可以表示为 $$\cos \left( \frac{n\pi}{4} \right) + i \sin \left( \frac{n\pi}{4} \right)$$。要使该复数为纯虚数,实部必须为零且虚部不为零,即 $$\cos \left( \frac{n\pi}{4} \right) = 0$$ 且 $$\sin \left( \frac{n\pi}{4} \right) \neq 0$$。解得 $$\frac{n\pi}{4} = \frac{\pi}{2} + k\pi$$($$k \in \mathbb{Z}$$),即 $$n = 2 + 4k$$。这表明 $$n$$ 必须是偶数,但并非所有偶数都满足条件(例如 $$n = 4$$ 时虚部为零)。因此,“$$n$$ 为偶数”是必要条件但不是充分条件,选 B。

2. 根据欧拉公式,$$e^{-4i} = \cos(-4) + i \sin(-4) = \cos 4 - i \sin 4$$。由于 $$4$$ 弧度位于第三象限,$$\cos 4 < 0$$ 且 $$\sin 4 < 0$$,因此 $$e^{-4i}$$ 的实部为负,虚部为正,对应第二象限,选 B。

3. 复数 $$4 \left( \sin \frac{3\pi}{4} + i \cos \frac{3\pi}{4} \right)$$ 可以转化为代数形式。计算得 $$\sin \frac{3\pi}{4} = \frac{\sqrt{2}}{2}$$,$$\cos \frac{3\pi}{4} = -\frac{\sqrt{2}}{2}$$,因此复数为 $$4 \left( \frac{\sqrt{2}}{2} - i \frac{\sqrt{2}}{2} \right) = 2\sqrt{2} - 2\sqrt{2}i$$,选 B。

4. 根据欧拉公式,$$e^{\frac{8\pi}{3}i} = \cos \left( \frac{8\pi}{3} \right) + i \sin \left( \frac{8\pi}{3} \right)$$。将角度化简为 $$ \frac{8\pi}{3} = 2\pi + \frac{2\pi}{3} $$,因此三角函数值与 $$\frac{2\pi}{3}$$ 相同。$$\cos \frac{2\pi}{3} = -\frac{1}{2}$$,$$\sin \frac{2\pi}{3} = \frac{\sqrt{3}}{2}$$,对应第二象限,选 B。

5. 复数 $$1 + i$$ 的模为 $$\sqrt{2}$$,辐角主值为 $$\frac{\pi}{4}$$。验证各选项:①正确;②辐角错误;③正确($$ \frac{9\pi}{4} = 2\pi + \frac{\pi}{4} $$);④辐角不一致。因此有两个正确选项,选 B。

6. 复数 $$1 + \sqrt{3}i$$ 旋转 $$\frac{\pi}{2}$$ 顺时针方向,相当于乘以 $$e^{-i\frac{\pi}{2}} = -i$$。计算得 $$(1 + \sqrt{3}i)(-i) = \sqrt{3} - i$$,选 A。

7. 根据欧拉公式,$$e^i = \cos 1 + i \sin 1$$。由于 $$1$$ 弧度位于第一象限,$$\cos 1 > 0$$ 且 $$\sin 1 > 0$$,因此 $$e^i$$ 位于第一象限,选 A。

8. 复数 $$z = 1$$ 对应点 $$(1, 0)$$,旋转 $$30^\circ$$ 逆时针方向后,新复数为 $$1 \cdot (\cos 30^\circ + i \sin 30^\circ) = \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{1}{2}i$$,选 A。

9. 化简复数 $$z = \frac{2i}{1 - \sqrt{3}i}$$,分子分母同乘共轭复数得 $$z = \frac{2i(1 + \sqrt{3}i)}{1 + 3} = \frac{-2\sqrt{3} + 2i}{4} = -\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{1}{2}i$$。辐角主值为 $$\frac{5\pi}{6}$$,选 D。

10. 复数 $$-1 + \sqrt{3}i$$ 的模为 $$2$$,辐角为 $$\frac{2\pi}{3}$$。根据棣莫弗定理,$$(-1 + \sqrt{3}i)^{10} = 2^{10} \left( \cos \left( \frac{20\pi}{3} \right) + i \sin \left( \frac{20\pi}{3} \right) \right)$$。化简角度 $$\frac{20\pi}{3} = 6\pi + \frac{2\pi}{3}$$,因此结果为 $$1024 \left( -\frac{1}{2} + i \frac{\sqrt{3}}{2} \right) = -512 + 512\sqrt{3}i$$,选 D。

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