复数 z 满足 z^3 = 125,则 z = 5。A 对B 错
复数 $z$ 满足 $z^3 = 125$,则 $z = 5$。 A 对 B 错
题目解答
答案
我们来一步一步分析这个题目:
题目说:
> 复数 $ z $ 满足 $ z^3 = 125 $,则 $ z = 5 $。
然后让我们判断这个命题是否正确,选项是:
A. 对
B. 错
第一步:理解方程 $ z^3 = 125 $
这是一个复数方程。我们要找的是所有满足 $ z^3 = 125 $ 的复数 $ z $。
注意:虽然 $ 5^3 = 125 $,但在复数范围内,一个三次方程应该有 三个根(根据代数基本定理)。
所以,我们要求的是 $ z^3 = 125 $ 的所有复数解。
第二步:将 125 写成复数的极坐标形式
$ 125 $ 是一个正实数,可以写成:
$125 = 125 \cdot (\cos 0 + i \sin 0)$
或者更一般地,由于角度是周期性的:
$125 = 125 \cdot \left( \cos(2k\pi) + i \sin(2k\pi) \right), \quad k \in \mathbb{Z}$
我们要求 $ z $,使得 $ z^3 = 125 $,即求 125 的三次方根。
使用棣莫弗定理,三次方根为:
$z = \sqrt[3]{125} \left[ \cos\left( \frac{2k\pi}{3} \right) + i \sin\left( \frac{2k\pi}{3} \right) \right], \quad k = 0, 1, 2$
因为 $ \sqrt[3]{125} = 5 $,所以三个根为:
-
当 $ k = 0 $:
$z = 5 \left[ \cos 0 + i \sin 0 \right] = 5(1 + 0i) = 5$ -
当 $ k = 1 $:
$z = 5 \left[ \cos\left( \frac{2\pi}{3} \right) + i \sin\left( \frac{2\pi}{3} \right) \right] = 5 \left( -\frac{1}{2} + i \frac{\sqrt{3}}{2} \right) = -\frac{5}{2} + i \frac{5\sqrt{3}}{2}$ -
当 $ k = 2 $:
$z = 5 \left[ \cos\left( \frac{4\pi}{3} \right) + i \sin\left( \frac{4\pi}{3} \right) \right] = 5 \left( -\frac{1}{2} - i \frac{\sqrt{3}}{2} \right) = -\frac{5}{2} - i \frac{5\sqrt{3}}{2}$
所以,方程 $ z^3 = 125 $ 有三个复数解:
$z = 5, \quad z = -\frac{5}{2} + i \frac{5\sqrt{3}}{2}, \quad z = -\frac{5}{2} - i \frac{5\sqrt{3}}{2}$
第三步:分析原命题
原命题是:
> 复数 $ z $ 满足 $ z^3 = 125 $,则 $ z = 5 $。
这个说法的意思是:只要 $ z $ 满足 $ z^3 = 125 $,就一定有 $ z = 5 $。
但我们刚刚算出,还有另外两个复数解,它们也满足方程,但不等于 5。
所以,这个命题是不正确的,因为它忽略了另外两个复数根。
结论:
命题“复数 $ z $ 满足 $ z^3 = 125 $,则 $ z = 5 $”是错误的。
正确答案是:
$\boxed{\text{B 错}}$
解析
本题考查复数方程的求解以及对命题正确性的判断。解题思路是先明确在复数范围内求解方程$z^3 = 125$的所有根,再根据求出的根判断命题“复数$z$满足$z^3 = 125$,则$z = 5$”是否正确。
- 将$125$写成复数的极坐标形式:
因为$125$是正实数,所以$125 = 125(\cos 0 + i\sin 0)$,更一般地可写成$125 = 125[\cos(2k\pi) + i\sin(2k\pi)]$,其中$k\in\mathbb{Z}$。 - 求$z^3 = 125$的所有复数解:
根据棣莫弗定理,对于方程$z^n = r(\cos\theta + i\sin\theta)$,其$n$个根为$z = \sqrt[n]{r}[\cos(\frac{\theta + 2k\pi}{n}) + i\sin(\frac{\theta + 2k\pi}{n})]$,$k = 0,1,\cdots,n - 1$。
在方程$z^3 = 125 = 125[\cos(2k\pi) + i\sin(2k\pi)]$中,$n = 3$,$r = 125$,$\theta = 0$,则$z = \sqrt[3]{125}[\cos(\frac{2k\pi}{3}) + i\sin(\frac{2k\pi}{3})]$,$k = 0,1,2$。
由于$\sqrt[3]{125} = 5$,分别计算$k$取不同值时的根:- 当$k = 0$时:
$z = 5[\cos 0 + i\sin 0]=5(1 + 0i)=5$ - 当$k = 1$时:
$z = 5[\cos(\frac{2\pi}{3}) + i\sin(\frac{2\pi}{3})]=5(-\frac{1}{2} + i\frac{\sqrt{3}}{2})=-\frac{5}{2} + i\frac{5\sqrt{3}}{2}$ - 当$k = 2$时:
$z = 5[\cos(\frac{4\pi}{3}) + i\sin(\frac{4\pi}{3})]=5(-\frac{1}{2} - i\frac{\sqrt{3}}{2})=-\frac{5}{2} - i\frac{5\sqrt{3}}{2}$
所以方程$z^3 = 125$的三个复数解为$z = 5$,$z = -\frac{5}{2} + i\frac{5\sqrt{3}}{2}$,$z = -\frac{5}{2} - i\frac{5\sqrt{3}}{2}$。
- 当$k = 0$时:
- 判断命题的正确性:
命题“复数$z$满足$z^3 = 125$,则$z = 5$”表示只要$z$满足$z^3 = 125$,就一定有$z = 5$。但我们求出了另外两个复数解也满足方程,所以该命题错误。