技术问询:在复平面绘制指定集合,求解复数不等式|z+[(1-i√3)/(√2+i√2)]³⁶|≥|z+i|
首先,我们得先搞定那个看起来很棘手的复数幂次项——这是简化不等式的核心关键:
步骤1:化简$\boldsymbol{[\frac{1 - i\sqrt{3}}{\sqrt{2} + i\sqrt{2}}]^{36}}$
我们用复数的三角形式+棣莫弗公式来计算,比直接展开高效太多:
处理分子:$1 - i\sqrt{3}$
它的模是$\sqrt{1^2 + (\sqrt{3})^2} = 2$,辐角是$-\frac{\pi}{3}$(这个点在第四象限,$\tan\theta = -\sqrt{3}$),三角形式为$2\left(\cos\left(-\frac{\pi}{3}\right) + i\sin\left(-\frac{\pi}{3}\right)\right)$处理分母:$\sqrt{2} + i\sqrt{2} = \sqrt{2}(1+i)$
它的模是$\sqrt{(\sqrt{2})^2 + (\sqrt{2})^2} = 2$,辐角是$\frac{\pi}{4}$(1+i的辐角为$\frac{\pi}{4}$),三角形式为$2\left(\cos\frac{\pi}{4} + i\sin\frac{\pi}{4}\right)$计算分数复数:
复数相除时,模相除、辐角相减。所以这个分数的模是$\frac{2}{2}=1$,辐角是$-\frac{\pi}{3} - \frac{\pi}{4} = -\frac{7\pi}{12}$,即$\cos\left(-\frac{7\pi}{12}\right) + i\sin\left(-\frac{7\pi}{12}\right)$计算36次方:
套用棣莫弗公式:$(\cos\theta + i\sin\theta)^n = \cos(n\theta) + i\sin(n\theta)$。这里模是$1^{36}=1$,辐角是$36 \times \left(-\frac{7\pi}{12}\right) = -21\pi$。由于辐角周期为$2\pi$,$-21\pi$等价于$-21\pi + 11\times2\pi = \pi$(加11个周期凑出正的等价辐角)。最终这个幂次的结果是$\cos\pi + i\sin\pi = -1$
步骤2:简化原不等式
把计算结果代入原不等式,原式直接简化为:
$$|z - 1| \geq |z + i|$$
步骤3:理解几何意义并确定区域
在复平面中,$|z - a|$表示点$z$(对应坐标$(x,y)$,$z=x+yi$)到点$a$的距离:
- $|z - 1|$是点$(x,y)$到点$(1,0)$的距离
- $|z + i| = |z - (-i)|$是点$(x,y)$到点$(0,-1)$的距离
所以这个不等式的几何意义是:复平面上所有到点$(1,0)$的距离大于等于到点$(0,-1)$的距离的点的集合
找边界线
当距离相等时,$|z - 1| = |z + i|$,代入$z=x+yi$并两边平方:
$$(x-1)^2 + y^2 = x^2 + (y+1)^2$$
展开后消去同类项:
$$x^2 - 2x + 1 + y^2 = x^2 + y^2 + 2y + 1$$
化简得到:
$$x + y = 0$$
也就是直线$y=-x$,这是区域的边界(因为不等式包含等号,所以这条线用实线绘制)
判断区域方向
找个测试点就能明确哪一侧满足不等式:
- 取点$(-1,-1)$:左边距离是$|-1-1|=2$,右边是$|-1+i|=\sqrt{2}$,$2\geq\sqrt{2}$,满足条件
- 取点$(1,1)$:左边距离是$0$,右边是$\sqrt{2}$,$0<\sqrt{2}$,不满足条件
因此,满足不等式的区域是直线$y=-x$本身,以及直线左下方所有$x + y \leq 0$的点
步骤4:绘制集合
在复平面上:
- 画出实线直线$y=-x$
- 填充直线$y=-x$左下方的区域(包含直线),这就是你要找的指定集合
内容的提问来源于stack exchange,提问作者Philip Moreira

