4.设z=x+iy为复数,且y≠0,则(z)/(1+z^2)为实数的条件是()A. xy=1;B. x²-y²=1;C. x²+y²=1;D. y²-x²=1.
A. xy=1;
B. x²-y²=1;
C. x²+y²=1;
D. y²-x²=1.
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查复数的运算性质及复数为实数的条件。关键在于将复数表达式化简后,通过虚部为零的条件建立方程。
解题思路:
- 复数有理化:将分母实部化,通过乘以共轭复数消去分母中的虚数部分。
- 分离虚部:展开分子后,分离实部和虚部,根据复数为实数的条件(虚部为零)建立方程。
- 化简方程:通过代数运算化简方程,结合已知条件($y \neq 0$)得到最终关系式。
破题关键:正确处理复数的乘法展开,并准确分离虚部是解题的核心步骤。
设 $ z = x + iy $($ y \neq 0 $),则:
$\frac{z}{1+z^2} = \frac{x+iy}{1+(x+iy)^2}$
计算分母:
$(x+iy)^2 = x^2 - y^2 + 2ixy \implies 1+z^2 = (1+x^2 - y^2) + i(2xy)$
有理化分母:
$\frac{x+iy}{(1+x^2 - y^2) + i(2xy)} \cdot \frac{(1+x^2 - y^2) - i(2xy)}{(1+x^2 - y^2) - i(2xy)} = \frac{(x+iy)\left[(1+x^2 - y^2) - i(2xy)\right]}{(1+x^2 - y^2)^2 + (2xy)^2}$
展开分子:
$\begin{aligned}\text{分子} &= x(1+x^2 - y^2) - 2x^2yi + iy(1+x^2 - y^2) - 2xy^2i^2 \\&= x(1+x^2 - y^2) + 2xy^2 + i\left[y(1+x^2 - y^2) - 2x^2y\right]\end{aligned}$
虚部为零:
$y(1+x^2 - y^2) - 2x^2y = 0 \quad (\text{因$y \neq 0$,两边除以$y$})$
化简得:
$1 + x^2 - y^2 - 2x^2 = 0 \implies 1 - x^2 - y^2 = 0 \implies x^2 + y^2 = 1$