10.(10分)计算:-|||-(1) dfrac (1)(1-i)+dfrac (1)(i(1+i)) ;-|||-(2) ((dfrac {1)(2)+dfrac (sqrt {3)}(2)i)}^4 -

题目解答
答案

解析
考查要点:
- 复数的有理化运算:处理分母为复数的情况,通常通过乘以共轭复数化简。
- 复数的幂运算:利用代数展开或极坐标形式简化计算。
解题核心思路:
- 第(1)题:分别对两个分式进行有理化,化简后合并同类项。
- 第(2)题:通过两次平方运算逐步展开,或利用复数的根性质简化计算。
破题关键点:
- 分式有理化:通过分母的共轭复数消去虚数单位。
- 幂运算规律:注意虚数单位$i$的周期性($i^4=1$)和复数的模长与辐角关系。
第(1)题
目标:计算 $\dfrac{1}{1-i} + \dfrac{1}{i(1+i)}$
步骤1:有理化第一个分式
$\dfrac{1}{1-i} = \dfrac{1 \cdot (1+i)}{(1-i)(1+i)} = \dfrac{1+i}{1^2 - i^2} = \dfrac{1+i}{2}$
步骤2:化简第二个分式的分母
$i(1+i) = i + i^2 = i - 1$,因此:
$\dfrac{1}{i(1+i)} = \dfrac{1}{-1+i} = \dfrac{1 \cdot (-1-i)}{(-1+i)(-1-i)} = \dfrac{-1-i}{(-1)^2 - i^2} = \dfrac{-1-i}{2}$
步骤3:合并两个分式
$\dfrac{1+i}{2} + \dfrac{-1-i}{2} = \dfrac{(1+i) + (-1-i)}{2} = \dfrac{0}{2} = 0$
第(2)题
目标:计算 $\left( \dfrac{1}{2} + \dfrac{\sqrt{3}}{2}i \right)^4$
解法一:逐步平方展开
-
第一次平方:
$\left( \dfrac{1}{2} + \dfrac{\sqrt{3}}{2}i \right)^2 = \left( \dfrac{1}{2} \right)^2 + 2 \cdot \dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{\sqrt{3}}{2}i + \left( \dfrac{\sqrt{3}}{2}i \right)^2 = \dfrac{1}{4} + \dfrac{\sqrt{3}}{2}i - \dfrac{3}{4} = -\dfrac{1}{2} + \dfrac{\sqrt{3}}{2}i$ -
第二次平方:
$\left( -\dfrac{1}{2} + \dfrac{\sqrt{3}}{2}i \right)^2 = \left( -\dfrac{1}{2} \right)^2 + 2 \cdot \left( -\dfrac{1}{2} \right) \cdot \dfrac{\sqrt{3}}{2}i + \left( \dfrac{\sqrt{3}}{2}i \right)^2 = \dfrac{1}{4} - \dfrac{\sqrt{3}}{2}i - \dfrac{3}{4} = -\dfrac{1}{2} - \dfrac{\sqrt{3}}{2}i$
解法二:利用复数根性质
令 $\omega = -\dfrac{1}{2} + \dfrac{\sqrt{3}}{2}i$,则 $\omega^3 = 1$(三次单位根)。原式可表示为:
$\left( -\omega^2 \right)^4 = \omega^8 = \omega^{6+2} = \omega^2 = \overline{\omega} = -\dfrac{1}{2} - \dfrac{\sqrt{3}}{2}i$