题目
方程e^z=2的解集为()A. 空集B. z=ln 2+(2k-1)piC. z=ln 2+2kpi iD. z=ln 2+pi i
方程$e^z=2$的解集为()
A. 空集
B. $z=\ln 2+(2k-1)\pi$
C. $z=\ln 2+2k\pi i$
D. $z=\ln 2+\pi i$
题目解答
答案
C. $z=\ln 2+2k\pi i$
解析
本题考查复数的指数形式以及复数方程的求解。解题的关键思路是利用复数的指数形式$e^{z}=e^{x + iy}=e^{x}(\cos y + i\sin y)$(其中$z=x + iy$,$x,y\in R$),将给定方程转化为实部和虚部的等式,进而求解$x$和$y$。
- 设$z = x + iy$($x,y\in R$),将其代入方程$e^{z}=2$中,根据复数的指数形式可得:
$e^{z}=e^{x + iy}=e^{x}(\cos y + i\sin y)=2$。 - 因为$2$是实数,可写成$2 + 0i$,所以根据复数相等的条件(实部与实部相等,虚部与虚部相等),得到方程组:
$\begin{cases}e^{x}\cos y = 2&(1)\\e^{x}\sin y = 0&(2)\end{cases}$ - 由$(2)$式$e^{x}\sin y = 0$,因为$e^{x}\gt0$恒成立,所以$\sin y = 0$。
根据正弦函数的性质,$\sin y = 0$时,$y = k\pi$,$k\in Z$。 - 将$y = k\pi$代入$(1)$式$e^{x}\cos y = 2$中:
当$k$为偶数,即$k = 2n$($n\in Z$)时,$\cos(2n\pi)=1$,则$e^{x}\times1 = 2$,即$e^{x}=2$。
两边取自然对数可得$x = \ln 2$。
当$k$为奇数,即$k = 2n + 1$($n\in Z$)时,$\cos((2n + 1)\pi)= - 1$,则$e^{x}\times(-1)=2$,即$e^{x}=-2$。
由于$e^{x}\gt0$恒成立,所以$e^{x}=-2$无解。 - 综上,$x = \ln 2$,$y = 2k\pi$($k\in Z$),则$z = x + iy=\ln 2 + 2k\pi i$,$k\in Z$。