把复数 z=(cos (2pi)/(9)+isin (2pi)/(9))^3 转化为三角形式A. cos (2pi)/(3)+isin (2pi)/(3)B. cos (pi)/(3)+isin (pi)/(3)C. cos (4pi)/(3)+isin (4pi)/(3)D. 以上都不对
把复数 $z=\left(\cos \frac{2\pi}{9}+i\sin \frac{2\pi}{9}\right)^3$ 转化为三角形式 A. $\cos \frac{2\pi}{3}+i\sin \frac{2\pi}{3}$ B. $\cos \frac{\pi}{3}+i\sin \frac{\pi}{3}$ C. $\cos \frac{4\pi}{3}+i\sin \frac{4\pi}{3}$ D. 以上都不对
题目解答
答案
我们来一步一步解决这个复数题目。
题目给出的复数是:
$z = \left( \cos \frac{2\pi}{9} + i \sin \frac{2\pi}{9} \right)^3$
我们要将这个复数转化为三角形式。
第一步:识别复数的三角形式
根据欧拉公式或棣莫弗定理(De Moivre's Theorem),我们知道:
$\left( \cos \theta + i \sin \theta \right)^n = \cos(n\theta) + i \sin(n\theta)$
这个公式适用于任何整数 $ n $ 和角度 $ \theta $。
在本题中:
- $ \theta = \frac{2\pi}{9} $
- $ n = 3 $
所以应用棣莫弗定理:
$z = \left( \cos \frac{2\pi}{9} + i \sin \frac{2\pi}{9} \right)^3 = \cos\left(3 \cdot \frac{2\pi}{9}\right) + i \sin\left(3 \cdot \frac{2\pi}{9}\right)$
计算角度:
$3 \cdot \frac{2\pi}{9} = \frac{6\pi}{9} = \frac{2\pi}{3}$
所以:
$z = \cos \frac{2\pi}{3} + i \sin \frac{2\pi}{3}$
第二步:确认这是三角形式
三角形式的定义是:$ r(\cos \theta + i \sin \theta) $,其中 $ r \geq 0 $,$ \theta $ 为实数。
这里,原复数的模是 1(因为 $ \cos \theta + i \sin \theta $ 的模恒为 1),所以三次方后模仍为 1,因此结果已经是标准的三角形式:
$z = \cos \frac{2\pi}{3} + i \sin \frac{2\pi}{3}$
第三步:对照选项
A. $ \cos \frac{2\pi}{3} + i \sin \frac{2\pi}{3} $ ✅
B. $ \cos \frac{\pi}{3} + i \sin \frac{\pi}{3} $
C. $ \cos \frac{4\pi}{3} + i \sin \frac{4\pi}{3} $
D. 以上都不对
我们算出的结果正好是选项 A。
最终答案:
$\boxed{\text{A. } \cos \frac{2\pi}{3} + i \sin \frac{2\pi}{3}}$
解析
本题考查复数的三角形式与棣莫弗定理的应用。解题核心在于利用棣莫弗定理对复数的幂进行展开,关键在于正确计算角度的倍数关系。需注意三角形式的标准表达,确保角度在合理范围内。
根据棣莫弗定理,复数的三角形式 $(\cos\theta + i\sin\theta)^n = \cos(n\theta) + i\sin(n\theta)$。题目中 $\theta = \frac{2\pi}{9}$,$n = 3$,因此:
$z = \left( \cos\frac{2\pi}{9} + i\sin\frac{2\pi}{9} \right)^3 = \cos\left(3 \cdot \frac{2\pi}{9}\right) + i\sin\left(3 \cdot \frac{2\pi}{9}\right)$
计算角度:
$3 \cdot \frac{2\pi}{9} = \frac{2\pi}{3}$
因此:
$z = \cos\frac{2\pi}{3} + i\sin\frac{2\pi}{3}$
直接对应选项 A。