z = -1 + i,那么 z^10 = ( )。 A 32 B -32 C 32i D -32i
$z = -1 + i$,那么 $z^{10} = (\quad)$。
A 32
B -32
C $32i$
D $-32i$
题目解答
答案
为了求解 $z = -1 + i$ 的 10 次方,我们可以使用复数的极坐标形式。首先,我们需要将复数 $z$ 转换为极坐标形式。
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计算复数 $z$ 的模 $r$:
$r = \sqrt{(-1)^2 + 1^2} = \sqrt{1 + 1} = \sqrt{2}$
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计算复数 $z$ 的辐角 $\theta$:
复数 $z = -1 + i$ 位于第二象限。辐角 $\theta$ 可以通过 arctan 函数计算,但需要考虑象限:
$\theta = \pi - \arctan\left(\frac{1}{1}\right) = \pi - \frac{\pi}{4} = \frac{3\pi}{4}$
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将复数 $z$ 写成极坐标形式:
$z = r(\cos \theta + i \sin \theta) = \sqrt{2}\left(\cos \frac{3\pi}{4} + i \sin \frac{3\pi}{4}\right)$
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使用棣莫弗定理求 $z^{10}$:
棣莫弗定理 states $z^n = r^n \left( \cos (n\theta) + i \sin (n\theta) \right)$. 对于 $n = 10$:
$z^{10} = (\sqrt{2})^{10} \left( \cos \left(10 \cdot \frac{3\pi}{4}\right) + i \sin \left(10 \cdot \frac{3\pi}{4}\right) \right)$
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计算 $(\sqrt{2})^{10}$:
$(\sqrt{2})^{10} = (2^{1/2})^{10} = 2^5 = 32$
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计算 $10 \cdot \frac{3\pi}{4}$:
$10 \cdot \frac{3\pi}{4} = \frac{30\pi}{4} = \frac{15\pi}{2}$
由于 $\frac{15\pi}{2}$ 大于 $2\pi$,我们可以通过减去 $2\pi$ 的整数倍来找到等价的角:
$\frac{15\pi}{2} - 2\pi \cdot 3 = \frac{15\pi}{2} - \frac{12\pi}{2} = \frac{3\pi}{2}$
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计算 $\cos \frac{3\pi}{2}$ 和 $\sin \frac{3\pi}{2}$:
$\cos \frac{3\pi}{2} = 0, \quad \sin \frac{3\pi}{2} = -1$
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将结果代入棣莫弗定理:
$z^{10} = 32 \left( \cos \frac{3\pi}{2} + i \sin \frac{3\pi}{2} \right) = 32 (0 + i \cdot (-1)) = -32i$
因此, $z^{10}$ 的值是 $-32i$。
答案: $\boxed{D}$