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|z|=1,求|z^2+z+4|的最小值。

答案:2  悬赏:60  手机版
解决时间 2021-03-14 00:47
|z|=1,求|z^2+z+4|的最小值。
最佳答案
若是初中问题,限制在实数域类讨论,则采用网友“lh我爱我家”的解答即可,没有什么难度。
若是高中问题,在复数域类讨论,可用如下两种方法求解:
解法一:
因为|z|=1,设z=cos θ + i * sin θ (0≤θ<2π),由隶莫弗定理,z^2=cos 2θ + i * sin 2θ。
设t=|z^2+z+4|,
则t=|cos 2θ + i * sin 2θ+cos θ + i * sin θ+4|
=|(4+cos 2θ+cos θ ) + i * (sin 2θ + sin θ)|
t^2=(4+cos 2θ+cos θ )^2 + (sin 2θ + sin θ)^2
=[16+(cos θ )^2+(cos 2θ )^2+8*cos 2θ+8*cos θ +2*cos θ * *cos 2θ ]+[(sin θ)^2+(sin 2θ)^2 +2*sin θ * sin 2θ]
=18+8*cos 2θ+8*cos θ +2*cos θ * cos 2θ + 2*sin θ * sin 2θ
=18+8*cos 2θ+8*cos θ +2*cos θ * [1- 2*(sin θ)^2] + 2*sin θ * 2*sin θ *cos θ
( sin 2θ=2*sin θ *cos θ,cos 2θ=1- 2*(sin θ)^2 )
=18+8*cos 2θ+8*cos θ +2*cos θ - 4*cos θ*(sin θ)^2 + 4*(sin θ)^2 * cos θ
=18+8*cos 2θ+8*cos θ +2*cos θ
=18+8*cos 2θ+10*cos θ
=18+8*[2*(cos θ)^2 - 1]+10*cos θ
( cos 2θ=2*(cos θ)^2 - 1 )
=16*(cos θ)^2 +10*cos θ +10
=16*(cos θ+5/16)^2 +10-25/16
=16*(cos θ+5/16)^2 +135/16,
由于-1≤cos θ≤1,
当cos θ= -5/16时,此时sin θ= ±(√231)/16,z=-5/16±(√231)i/16,t^2取最小值135/16,t=|z^2+z+4|取最小值3/4*√15;
当cos θ= 1时,此时sin θ= 0,z=1,t^2取最大值36,t=|z^2+z+4|取最大值6。
解法二:(文本模式下不方便输入共轭复数,用zb表示z的共轭复数)
因为|z|=1,故|z|^2=z*zb=1,z^2*zb^2=1。
设t=|z^2+z+4|,
则t^2=(z^2+z+4)*(zb^2+zb+4)
=z^2*zb^2+z^2*zb+4*z^2+z*zb^2+z*zb+4*z+4*zb^2+4*zb+16
=1+z+4*z^2+zb+1+4*z+4*zb^2+4*zb+16
=18+5z+5zb+4*z^2+4*zb^2,
设z=cos θ + i * sin θ (0≤θ<2π),则z^2=cos 2θ + i * sin 2θ。
于是t^2=18+5z+5zb+4*z^2+4*zb^2=18+8*cos 2θ+10*cos θ,
余下同解法一。
不知道是不是把题目抄错了。如果是求|z^2-4*z*i-4|,则可用数形结合的方法非常快捷地算出来。
全部回答
求|z²+z+4|的最小值。
解:其中|z|=1
则z=±1
那么z²=1
所以当z=-1时|z²+z+4|有最小值
|z²+z+4|的最小值是1-1+4=4
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