题目
如果复数z_1,z_2,z_3满足等式((z_2-z_1))/((z_3-z_1))= ((z_1-z_3))/((z_2-z_3)),证明:|z_2-z_1|=|z_3-z_1|=|z_2-z_3|,并说明这些等式的几何意义。
如果复数$z_1,z_2,z_3$满足等式$\frac{(z_2-z_1)}{(z_3-z_1)}= \frac{(z_1-z_3)}{(z_2-z_3)}$,证明:$|z_2-z_1|=|z_3-z_1|=|z_2-z_3|$,并说明这些等式的几何意义。
题目解答
答案
$\frac{z_1-z_3}{z_2-z_3}$$=$$\frac{z_2-z_1}{z_3-z_1}$,$\frac{z_1-z_3}{z_2-z_3}$$=$$\frac{z_2-z_3+z_3-z_1}{z_2-z_3}$$=$$1+\frac{z_3-z_1}{z_2-z_3}$,
令$a=\frac{z_3-z_1}{z_2-z_3}$,有$a^2+a+1=0$,
又有$a^3=1, |a|=1$
$|\frac{z_3-z_1}{z_2-z_3} |=|a|=1$
$|z_3-z_1|=|z_2-z_3|$
$|$$\frac{z_2-z_1}{z_3-z_1}$$|$=$\frac{z_1-z_3}{z_2-z_3}$$=1$,
$|z_2-z_1|=|z_3-z_1|=|z_2-z_3|$
这些等式表示$z_1,z_2,z_3$在复平面内为一个等边三角形三个的顶点。
解析
步骤 1:等式变形
给定等式为$\frac{(z_2-z_1)}{(z_3-z_1)}= \frac{(z_1-z_3)}{(z_2-z_3)}$,我们首先将等式变形,以便于后续的分析。将等式两边同时乘以$(z_3-z_1)(z_2-z_3)$,得到$(z_2-z_1)(z_2-z_3)=(z_1-z_3)(z_3-z_1)$。
步骤 2:引入变量
令$a=\frac{z_3-z_1}{z_2-z_3}$,则有$\frac{z_2-z_1}{z_3-z_1}=a$。将$a$代入等式$(z_2-z_1)(z_2-z_3)=(z_1-z_3)(z_3-z_1)$,得到$a(z_2-z_3)^2=(1-a)(z_3-z_1)^2$。
步骤 3:求解$a$
由于$a=\frac{z_3-z_1}{z_2-z_3}$,代入上式得到$a^2+a+1=0$。解这个方程,得到$a$的值为$a=\frac{-1\pm\sqrt{-3}}{2}$,即$a$是复数单位的立方根,满足$a^3=1$且$|a|=1$。
步骤 4:证明等式
由于$|a|=1$,则有$|\frac{z_3-z_1}{z_2-z_3}|=1$,即$|z_3-z_1|=|z_2-z_3|$。同理,由于$\frac{z_2-z_1}{z_3-z_1}=a$,则有$|\frac{z_2-z_1}{z_3-z_1}|=1$,即$|z_2-z_1|=|z_3-z_1|$。因此,$|z_2-z_1|=|z_3-z_1|=|z_2-z_3|$。
步骤 5:几何意义
这些等式表示$z_1,z_2,z_3$在复平面内为一个等边三角形的三个顶点。这是因为等式表明这三个复数之间的距离相等,即它们构成的三角形是等边的。
给定等式为$\frac{(z_2-z_1)}{(z_3-z_1)}= \frac{(z_1-z_3)}{(z_2-z_3)}$,我们首先将等式变形,以便于后续的分析。将等式两边同时乘以$(z_3-z_1)(z_2-z_3)$,得到$(z_2-z_1)(z_2-z_3)=(z_1-z_3)(z_3-z_1)$。
步骤 2:引入变量
令$a=\frac{z_3-z_1}{z_2-z_3}$,则有$\frac{z_2-z_1}{z_3-z_1}=a$。将$a$代入等式$(z_2-z_1)(z_2-z_3)=(z_1-z_3)(z_3-z_1)$,得到$a(z_2-z_3)^2=(1-a)(z_3-z_1)^2$。
步骤 3:求解$a$
由于$a=\frac{z_3-z_1}{z_2-z_3}$,代入上式得到$a^2+a+1=0$。解这个方程,得到$a$的值为$a=\frac{-1\pm\sqrt{-3}}{2}$,即$a$是复数单位的立方根,满足$a^3=1$且$|a|=1$。
步骤 4:证明等式
由于$|a|=1$,则有$|\frac{z_3-z_1}{z_2-z_3}|=1$,即$|z_3-z_1|=|z_2-z_3|$。同理,由于$\frac{z_2-z_1}{z_3-z_1}=a$,则有$|\frac{z_2-z_1}{z_3-z_1}|=1$,即$|z_2-z_1|=|z_3-z_1|$。因此,$|z_2-z_1|=|z_3-z_1|=|z_2-z_3|$。
步骤 5:几何意义
这些等式表示$z_1,z_2,z_3$在复平面内为一个等边三角形的三个顶点。这是因为等式表明这三个复数之间的距离相等,即它们构成的三角形是等边的。