题目
使得平方式z^2=|z|^2成立的复数z是()。A. 不存在的B. 存在且唯一的C. 纯虚数D. 实数
使得平方式$z^2=|z|^2$成立的复数z是()。
A. 不存在的
B. 存在且唯一的
C. 纯虚数
D. 实数
题目解答
答案
D. 实数
解析
考查要点:本题主要考查复数的基本运算性质,特别是复数的平方与模的关系,以及复数相等的条件。
解题核心思路:将复数$z$表示为$x + yi$的形式,分别计算$z^2$和$|z|^2$,通过复数相等的条件(实部相等、虚部相等)建立方程组,解出$x$和$y$的值,从而确定$z$的类型。
破题关键点:
- 复数相等的条件:若两个复数相等,则其实部相等且虚部相等。
- 虚部必须为零:由于$|z|^2$是实数,因此$z^2$的虚部必须为零。
- 联立方程求解:通过实部和虚部分别建立方程,最终确定$y=0$,从而得出$z$为实数。
设复数$z = x + yi$($x, y \in \mathbb{R}$),则:
- 模的平方:$|z|^2 = x^2 + y^2$
- 平方展开:$z^2 = (x + yi)^2 = x^2 - y^2 + 2xyi$
根据题意$z^2 = |z|^2$,即:
$(x^2 - y^2) + 2xyi = x^2 + y^2$
复数相等条件:
- 实部相等:$x^2 - y^2 = x^2 + y^2$
- 虚部相等:$2xy = 0$
解方程:
- 虚部方程:$2xy = 0 \implies xy = 0$,即$x = 0$或$y = 0$。
- 实部方程:$x^2 - y^2 = x^2 + y^2 \implies -y^2 = y^2 \implies y^2 = 0 \implies y = 0$。
结论:无论$x$是否为零,$y$必须为零。因此,$z = x + 0i = x$,即$z$为实数。