5.单选题 (cos(pi)/(4)-isin(pi)/(4))^203=A. cos(pi)/(4)+isin(pi)/(4)B. cos(pi)/(4)-isin(pi)/(4)C. cos(3pi)/(4)+isin(3pi)/(4)D. cos(3pi)/(4)-isin(3pi)/(4)
A. $\cos\frac{\pi}{4}+i\sin\frac{\pi}{4}$
B. $\cos\frac{\pi}{4}-i\sin\frac{\pi}{4}$
C. $\cos\frac{3\pi}{4}+i\sin\frac{3\pi}{4}$
D. $\cos\frac{3\pi}{4}-i\sin\frac{3\pi}{4}$
题目解答
答案
解析
本题考查复数的三角形式以及棣莫弗定理的应用。解题思路是先将给定的复数化为标准的三角形式,然后利用棣莫弗定理进行幂运算,最后化简得出结果。
步骤一:将复数化为标准三角形式
根据三角函数诱导公式$\cos(-\alpha)=\cos\alpha$,$\sin(-\alpha)=-\sin\alpha$,可将$\cos\frac{\pi}{4}-i\sin\frac{\pi}{4}$变形为$\cos(-\frac{\pi}{4}) + i\sin(-\frac{\pi}{4})$。
步骤二:利用棣莫弗定理计算幂
棣莫弗定理指出$(\cos\theta + i\sin\theta)^n = \cos(n\theta) + i\sin(n\theta)$,其中$n$为整数,$\theta$为实数。
对于$(\cos(-\frac{\pi}{4}) + i\sin(-\frac{\pi}{4}))^{203}$,这里$n = 203$,$\theta = -\frac{\pi}{4}$,则有:
$(\cos(-\frac{\pi}{4}) + i\sin(-\frac{\pi}{4}))^{203}=\cos(203\times(-\frac{\pi}{4})) + i\sin(203\times(-\frac{\pi}{4}))$
步骤三:化简角度
计算$203\times(-\frac{\pi}{4})=-\frac{203\pi}{4}$,为了将角度化简到$[0, 2\pi)$范围内,我们可以利用三角函数的周期性$\cos(x + 2k\pi)=\cos x$,$\sin(x + 2k\pi)=\sin x$($k$为整数)。
$-\frac{203\pi}{4}=-50\pi-\frac{3\pi}{4}=-51\pi+\pi-\frac{3\pi}{4}=-51\pi+\frac{\pi}{4}$
因为$\cos(-51\pi+\frac{\pi}{4})=\cos(\frac{\pi}{4})$,$\sin(-51\pi+\frac{\pi}{4})=-\sin(\frac{\pi}{4})$,所以$\cos(-\frac{203\pi}{4}) + i\sin(-\frac{203\pi}{4})=\cos(\frac{\pi}{4}) - i\sin(\frac{\pi}{4})$。
又因为$\cos(\frac{\pi}{4}) - i\sin(\frac{\pi}{4})=\cos(-\frac{\pi}{4}) + i\sin(-\frac{\pi}{4})=\cos(\frac{3\pi}{4}) - i\sin(\frac{3\pi}{4})$(根据三角函数诱导公式$\cos(\pi - \alpha)=-\cos\alpha$,$\sin(\pi - \alpha)=\sin\alpha$,$\cos(\frac{3\pi}{4})=\cos(\pi - \frac{\pi}{4})=-\cos\frac{\pi}{4}$,$\sin(\frac{3\pi}{4})=\sin(\pi - \frac{\pi}{4})=\sin\frac{\pi}{4}$)。