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数学
题目

1.6 满足下列条件的点组成何种图形?是不是区域?若是区域请指出是单连通区域还是多连通区域.(1) mathrm(Im)z=0; (2) -pi<mathrm(Im)z<pi;(3) |z-2|+|z+2|leqslant6; (4) (pi)/(3)leqslantarg zleqslant(2pi)/(3),2<|z|<3.

1.6 满足下列条件的点组成何种图形?是不是区域?若是区域请指出是单连通区域还是多连通区域. (1) $\mathrm{Im}z=0$; (2) $-\pi<\mathrm{Im}z<\pi$; (3) $|z-2|+|z+2|\leqslant6$; (4) $\frac{\pi}{3}\leqslant\arg z\leqslant\frac{2\pi}{3},2<|z|<3$.

题目解答

答案

让我们逐步分析每个条件,确定满足每个条件的点组成的图形,以及它们是否是区域,如果是,是单连通区域还是多连通区域。

条件 (1): $\mathrm{Im}z = 0$

  • 复数 $z$ 可以写成 $z = x + yi$,其中 $x$ 和 $y$ 是实数。
  • 条件 $\mathrm{Im}z = 0$ 意味着 $y = 0$。
  • 因此,满足这个条件的点是所有在实轴上的点。
  • 这是一个直线,不是区域。

条件 (2): $-\pi < \mathrm{Im}z < \pi$

  • 复数 $z$ 可以写成 $z = x + yi$,其中 $x$ 和 $y$ 是实数。
  • 条件 $-\pi < \mathrm{Im}z < \pi$ 意味着 $-\pi < y < \pi$。
  • 因此,满足这个条件的点是所有位于直线 $y = -\pi$ 和 $y = \pi$ 之间的点。
  • 这是一个带状区域,是区域,且是单连通区域。

条件 (3): $|z-2| + |z+2| \leqslant 6$

  • 复数 $z$ 可以写成 $z = x + yi$,其中 $x$ 和 $y$ 是实数。
  • 条件 $|z-2| + |z+2| \leqslant 6$ 意味着从 $z$ 到点 $2$ 和 $-2$ 的距离之和小于或等于 6。
  • 这是椭圆的定义,焦点在 $2$ 和 $-2$,主轴长度为 6。
  • 椭圆包括其内部,是区域,且是单连通区域。

条件 (4): $\frac{\pi}{3} \leqslant \arg z \leqslant \frac{2\pi}{3}, 2 < |z| < 3$

  • 复数 $z$ 可以写成 $z = re^{i\theta}$,其中 $r$ 是模,$\theta$ 是幅角。
  • 条件 $\frac{\pi}{3} \leqslant \arg z \leqslant \frac{2\pi}{3}$ 意味着 $\frac{\pi}{3} \leqslant \theta \leqslant \frac{2\pi}{3}$。
  • 条件 $2 < |z| < 3$ 意味着 $2 < r < 3$。
  • 因此,满足这些条件的点是所有位于圆 $r = 2$ 和 $r = 3$ 之间,且在角度 $\frac{\pi}{3}$ 和 $\frac{2\pi}{3}$ 之间的点。
  • 这是一个扇形环,是区域,且是单连通区域。

总结

  1. $\mathrm{Im}z = 0$: 直线,不是区域。
  2. $-\pi < \mathrm{Im}z < \pi$: 带状区域,是区域,且是单连通区域。
  3. $|z-2| + |z+2| \leqslant 6$: 椭圆,是区域,且是单连通区域。
  4. $\frac{\pi}{3} \leqslant \arg z \leqslant \frac{2\pi}{3}, 2 < |z| < 3$: 扇形环,是区域,且是单连通区域。

最终答案是:
$\boxed{\begin{array}{ll}\text{(1) 直线,不是区域.} & \\\text{(2) 带状区域,是区域,且是单连通区域.} & \\\text{(3) 椭圆,是区域,且是单连通区域.} & \\\text{(4) 扇形环,是区域,且是单连通区域.} & \\\end{array}}$

解析

考查要点:本题主要考查复数几何图形的识别、区域的判断以及单连通与多连通区域的区分。
解题思路:

  1. 图形识别:将复数条件转化为几何图形,如直线、带状区域、椭圆、扇形环等。
  2. 区域判断:根据“区域”定义(非空、开集、连通)判断是否为区域。
  3. 连通性判断:单连通区域指任意闭合曲线可收缩为点;多连通区域存在无法收缩的闭合曲线。

破题关键:

  • 直线非区域:维度不足(一维)。
  • 带状区域单连通:无“洞”结构。
  • 椭圆单连通:内部无空隙。
  • 扇形环单连通:角度限制使闭合曲线无法环绕原点。

(1) $\mathrm{Im}z=0$

图形:所有满足条件的点在实轴上,构成一条直线。
是否区域:直线是一维的,不满足区域(二维开集)的定义,不是区域。

(2) $-\pi<\mathrm{Im}z<\pi$

图形:所有点位于水平带状区域,上下边界为$y=-\pi$和$y=\pi$。
是否区域:是开区域且连通,无“洞”,属于单连通区域。

(3) $|z-2|+|z+2|\leqslant6$

图形:椭圆定义,焦点在$(2,0)$和$(-2,0)$,主轴长$6$,包含内部。
是否区域:椭圆内部是闭区域且连通,属于单连通区域。

(4) $\frac{\pi}{3}\leqslant\arg z\leqslant\frac{2\pi}{3},2<|z|<3$

图形:模在$2$到$3$之间,角度在$\frac{\pi}{3}$到$\frac{2\pi}{3}$之间的扇形环。
是否区域:连通且角度限制使闭合曲线无法环绕原点,属于单连通区域。

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