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数学
题目

下列各不等式所确定的平面点集是有界单连通域的是()A 0<argz≤π;B 1<|z+i|<2;C |z|<1;D Re(z)>Im(z).

下列各不等式所确定的平面点集是有界单连通域的是() A 0<$argz≤π; B 1<|z+i|<2; C |z|<1; D Re(z)>Im(z).

题目解答

答案

答案:C
解析:

  • A项: $0 < \arg z \leq \pi$ 表示上半平面(不包括正实轴),为无界单连通域,不符合“有界”条件。
  • B项: $1 < |z+i| < 2$ 表示以 $-i$ 为中心的圆环域,有界但多连通(含洞),不符合“单连通”条件。
  • C项: $|z| < 1$ 表示单位圆内区域,有界且单连通,符合所有条件。
  • D项: $\mathrm{Re}(z) > \mathrm{Im}(z)$ 表示直线 $y = x$ 下方的半平面,无界单连通,不符合“有界”条件。

结论: 仅C项满足有界单连通域的定义。

$\boxed{C}$

解析

本题主要考查复变函数中平面点集的有界性和单连通性的概念。解题的关键在于理解每个选项所表示的平面点集的几何形状,然后根据有界性和单连通性的定义来判断。

选项A

  • 对于$0 \lt \arg z \leq \pi$,$\arg z$表示复数$z$的辐角。在复平面上,$0 \lt \arg z \leq \pi$表示的是上半平面(不包括正实轴)。
  • 有界性:在这个区域内,点可以无限远离原点,例如取$z = iy$($y\gt{}0$),当$y$趋于无穷大时,$z$也趋于无穷远,所以该区域是无界的。
  • 单连通性:在该区域内任意画一条简单闭曲线,其内部的点都属于该区域,所以它是单连通的。但由于不满足有界性,所以A选项不符合要求。

选项B

  • 对于$1 \lt |z + i| \lt 2$,设$z=x+iy$,则$z + i=x + i(y + 1)$,$|z + i|=\sqrt{x^{2}+(y + 1)^{2}}$。
  • 几何意义:$|z + i|$表示复数$z$到$-i$的距离,所以$1 \lt |z + i| \lt 2$表示以$-i$为圆心,内半径为$1$,外半径为$2$的圆环域。
  • 有界性:该区域内的所有点到原点的距离是有界的,因为圆环域是被两个同心圆所界定的,所以它是有界的。
  • 单连通性:在这个圆环域内,存在一个以$-i$为圆心,半径小于$1$的圆,这个圆内部的点不属于该圆环域。也就是说,存在一条简单闭曲线(这个小圆),其内部的点不都在该区域内,所以它是多连通的,不满足单连通性要求,B选项不符合。

选项C

  • 对于$|z| \lt 1$,设$z=x+iy$,则$|z|=\sqrt{x^{2}+y^{2}}$。
  • 几何意义:$|z|$表示复数$z$到原点的距离,所以$|z| \lt 1$表示以原点为圆心,半径为$1$的单位圆内的区域(不包括边界)。
  • 有界性:该区域内的所有点到原点的距离都小于$1$,所以它是有界的。
  • 单连通性:在这个单位圆内任意画一条简单闭曲线,其内部的点都属于该单位圆内的区域,所以它是单连通的。C选项满足有界单连通域的定义。

选项D

  • 对于$\mathrm{Re}(z)\gt{}\mathrm{Im}(z)$,设$z=x + iy$,则$\mathrm{Re}(z)=x$,$\mathrm{Im}(z)=y$,不等式变为$x\gt{}y$,即$y \lt x$。
  • 几何意义:在复平面上,$y = x$是一条直线,$y \lt x$表示直线$y = x$下方的半平面。
  • 有界性:在这个半平面内,点可以无限远离原点,例如取$z=x+iy$,当$x$趋于无穷大时,$z$也趋于无穷远,所以该区域是无界的。
  • 单连通性:在该区域内任意画一条简单闭曲线,其内部的点都属于该区域,所以它是单连通的。但由于不满足有界性,所以D选项不符合要求。

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