PHẦN 3 CÁC DẠNG TOÁN VỀ SỐ PHỨC (CÂU 3A TRONG ĐỀ THPT QUỐC GIA) A Tóm tắt lí thuyết * Định nghĩa: Số phức là số có dạng z = a + bi (a, b ∈ R ) , i là đơn vị ảo, tức là i 2 = −1 a gọi là phần thực của z, kí hiệu a = Re z b gọi là phần ảo của z, kí hiệu b = imz Tập hợp các số phức kí hiệu là C * Các phép toán trên số phức: +) Cho z1 = a1 + b1i, z2 = a2 + b2i +) z1 + z2 = ( a1 + a2 ) + ( b1 + b2 ) i +) z1 − z2 = ( a1 − a2 ) + ( b1 − b2 ) i 2 +) z1.z2 = ( a1 + b1i ) ( a2 + b2i ) = a1a2 + a1b2i + a2b1i + b1b2i = a1a2 − b1b2 + (a1b2 + a2b1 )i +) z1 ( a1 + b1i ) ( a + b i ) ( a2 − b2i ) = a1a2 − b1b2 + (a2b1 − a1b2 )i = = 1 1 2 2 z2 ( a2 + b2i ) ( a2 + b2i ) ( a2 − b2i ) a2 + b2 * Mô đun của số phức, số phức liên hợp Cho số phức z = a + bi Khi đó : +) Đại lượng 2 2 a 2 + b 2 gọi là môđun của z Kí hiệu z = a + b +) Số phức z = a − bi gọi là số phức liên hợp của z B Hệ thống bài tập I Các phép toán trên số phức Ví dụ 1: Cho z1 = 3 + i, z2 = 2 − i Tính z1 + z1 z2 Lời giải z1 + z1 z2 = 3 + i + ( 3 + i ) ( 2 − i ) = 10 = 10 + 0i ⇒ z1 + z1 z2 = 102 + 02 = 10 Ví dụ 2 Tìm số phức z biết z + 2 z = ( 2 − i ) ( 1 − i ) (1) 3 Lời giải: Giả sử z = a + bi ⇒ z = a − bi (1) ⇔ a + bi + 2(a − bi ) = (23 + 3.22 i + 3.2i 2 + i 3 )(1 − i) ⇔ a + bi + 2a − 2bi = (8 + 12i − 6 − i )(1 − i ) = (11i + 2)(1 − i ) 1 13  3a = 13 13 a = ⇔ 3 ⇒ z = − 9i ⇔ 3a − bi = 11i − 11i + 2 − 2i = 13 + 9i ⇔  3 −b = 9 b = −9  2 Ví dụ 3 Cho z1 = 2 + 3i, z2 = 1 + i Tính z1 + 3z2 ; z1 + z2 3 ; z1 + 3z2 z2 Lời giải +) z1 + 3z2 = 2 + 3i + 3 + 3i = 5 + 6i ⇒ z1 + 3z2 = 52 + 62 = 61 +) z1 + z2 3 + 4i ( 3 + 4i ) ( 1 − i ) 7 + i z +z 49 1 5 2 = = = ⇒ 1 2 = + = 2 z2 1+ i 1− i 2 z2 4 4 2 3 +) z13 + 3 z2 = 8 + 36i + 54i 2 + 27i 3 − 3 − 3i = −49 + 6i ⇒ z1 + 3z2 = 2437 Ví dụ 4 Tìm số phức z biết: z + 3z = ( 3 − 2i ) ( 2 + i ) (1) 2 Lời giải Giả sử z=a+bi, ta có: (1) ⇔ a − bi + 3a + 3bi = ( 9 − 12i + 4i 2 ) ( 2 + i ) = ( 5 − 12i ) ( 2 + i ) ⇔ 4a + 2bi = 10 − 24i + 5i − 12i 2 = 22 − 19i ⇔ a = 11 −19 11 19 ;b = Vậy z = − i 12 2 2 2 Ví dụ 5 Tìm phần ảo của z biết: z + 3 z = ( 2 + i ) ( 2 − i ) (1) 3 Lời giải Giả sử z=a+bi (1) ⇔ a + bi + 3a − 3bi = ( 8 + 12i + 6i 2 + i 3 ) ( 2 − i ) = ( 2 + 11i ) ( 2 − i ) ⇔ 4a − 2bi = 4 − 2i + 22i − 11i 2 = 20i + 15 ⇔ a = 15 ; b = −10 4 Vậy phần ảo của z bằng -10 (1 − i 2) ( 1 + i ) (1) 2−i 2 Ví dụ 6 Tìm môđun của z biết z + 2 z = Lời giải (1) ⇔ a + bi + 2a − 2bi = ⇔ 3a − bi = (1 − i 2) ( 1 + 2i + i 2 ) 2−i 2i − 2 2i 2 = 2−i (2i + 2 2) ( 2 + i ) i (4 + 2 2) + 4 2 − 2 = 4 − i2 5 2 ⇔a= 4 2 −2 −4 − 2 2 ;b = 15 5 ⇒ z = 32 + 4 − 16 2 + 144 + 72 + 144 2 225 + 128 2 = 225 15 Ví dụ 7 (A+A 1 2012) Cho số phức z thỏa mãn 5( z + i ) = 2 − i (1) z +1 Tính môđun của số phức ω = 1 + z + z 2 Lời giải Giả sử z=a+bi (1) ⇔ 5(a − bi + i ) = 2−i a + bi + 1 ⇔ 5a − 5i (b − 1) = 2a + 2bi + 2 − ai − bi 2 − i ⇔ 3a − 2 − b − i (5b − 5 − 2b + a + 1) = 0 3a − 2 − b = 0 a = 1 ⇔ ⇒ ⇒ z = 1+ i 3b + a − 4 = 0 b = 1 ω = 1 + 1 + i + 1 + 2i − 1 = 2 + 3i ⇒ ω = 4 + 9 = 13 Ví dụ 8 (D-2012) Cho số phức z thỏa mãn: (2 + i) z + 2(1 + 2i ) = 7 + 8i (1) 1+ i Tìm môđun của số phức ω = z + 1 + i Lời giải Giả sử z = a + bi (1) ⇔ (2 + i)( a + bi ) + 2(1 + 2i ) = 7 + 8i 1+ i ⇔ 2a + 2bi + ai + bi 2 + 2(1 + 2i )(1 − i ) = 7 + 8i 1 + i2  2a − b + 3 = 7 a = 3 ⇔ ⇔ 2a + 2bi + ai − bi + 1 − i + 2i − 2i 2 = 7 + 8i ⇔  2b + a + 1 = 8 b = 2 Do đó ω = 3 + 2i + 1 + i = 4 + 3i ⇒ ω = 16 + 9 = 5 2 Ví dụ 9 (A-2011) Tìm tất cả các số phức z, biết z 2 = z + z (1) Lời giải (1) ⇔ ( a + bi 2 ) = a 2 + b 2 + a − bi ⇔ a 2 + b 2i 2 + 2abi = a 2 + b 2 + a − bi 3 1 1  a = − 2 ; b = 2 2b 2 + a = 0  2 ⇔ 2b + a − bi − 2abi = 0 ⇔  ⇔ b = 0; a = 0 b + 2ab = 0  −1 −1 a = ; b = 2 2  Vậy z = 0; z = −1 1 −1 1 + i; z = − i 2 2 2 2 Ví dụ 10 ( A-2011) Tính môđun của số phức z biết: (2 z − 1)(1 + i ) + ( z + 1)(1 − i) = 2 − 2i (1) Lời giải (1) ⇔ (2a + 2bi − 1))(1 + i ) + (a − bi + 1)(1 − i ) = 2 − 2i ⇔ 2a + 2ai + 2bi + 2bi 2 − 1 − i + a − ai − bi + bi 2 + 1 − i = 2 − 2i ⇔ 3a − 3ba + ai + bi − 2i = 2 − 2i 1  a=  3a − 3b = 2  3 1 1 2 ⇔ ⇔ + = Suy ra z = 9 9 3 a + b − 2 = −2 b = −1  3  Ví dụ 11 Tìm các số nguyên x, y sao cho số phức z = x + iy thỏa mãn z 3 = 18 + 26i Lời giải  x 3 − 3 xy 2 = 18  ⇒ 18(3 x 2 y − y 3 ) = 26( x 3 − 3xy 2 ) Ta có ( x + iy ) = 18 + 26i ⇔  2 3 3 x y − y = 26  1 Giải phương trình bằng cách đặt y=tx ta được t = ⇒ x = 3, y = 1 Vậy z=3+i 3 3 Bài luyện tập Bài 1 Thức hiện phép tính: a (3i + 4) [ (−3 + 2i) − (4 − 7i ) ] d ( 3 + 4i ) ( 5 − 7i ) 2 g ( −3 + 4i ) + 5 − 7i 6 + 5i 2012 b ( 7 − 5i ) ( 1 + i ) − ( 3i + 2i ) c ( 1 + i ) e ( 3 − i ) − ( 1 + 2i ) 3 h f ( 3 − i ) ( −3 + 2i ) 2 3 2 8 + 5i 2i − 1 − 3 − 4i 3 + 2i Bài 2 Tìm phần thực ; phần ảo;mô đun và số phức liên hợp của mỗi số phức sau: a z1 = (2i − 1) 2 − 3i (i + 1) + 2i 3 b z2 = 3 − 2i − 3i i+2 10 c z4 = 3i − 5 ( 2i − 4 ) Bài 3 Tìm phần ảo của số phức z, biết: z = ( 2 + i) 2 (1- 2 i) Bài 4 Cho số phức z thỏa mãn: (2 − 3i)z + (4 + i) z = −(1 + 3i) 2 Xác định phần thực và phần ảo của z Bài 5 Tính mô đun của các số phưc sau: z1 = (2 + 3i ) + (−3 + 4i); z2 = (3 − 2i )3 ; z3 = (2i − 1) 2 − (3 + i ) 2 4 Bài 6 Cho số phức z thỏa mãn: z = (1 − 3i)3 Tìm môđun của z + iz 1− i Bài 7 Tính mô đun của số phức z , biết (2 z − 1)(1 + i ) + ( z + 1)(1 − i) = 2 − 2i Bài 8 Tìm số phức z thỏa mãn: z + z = 6; z.z = 25 Bài 9 Tìm số phức z thỏa mãn | z − (2 + i) | = 10 và Bài 10 Tìm số phức z, biết: z − z z = 25 5+i 3 −1 = 0 z Bài 11 Tìm các số thực x, y thỏa mãn: x(3 + 5i ) + y (1 − 2i )3 = 9 + 14i ( z − 2 z )(−1 − 6i ) 37(1 − i ) z = 1+ i 10 Bài 12 Tìm số phức z biết: II Căn bậc của số phức và phương trình bậc hai trên tập số phức Định nghĩa: Cho số phức z = a + bi Căn bậc hai của số phức z là số phức z1 = a1 + b1i thỏa mãn z12 = z Ví dụ 1: Tìm các căn bậc hai của số phức z = 5 + 12i Lời giải Giả sử m+ni (m; n∈ R) là căn bậc hai của z Ta có: (m + ni )2 = 5 + 12i ⇔ m 2 + 2mni + n 2i 2 = 5 + 12i ⇔ m 2 + 2mni − n 2 = 5 + 12i m 2 − n 2 = 5(1) m2 − n 2 = 5  ⇔ ⇔ 6 2mn = 12 m = (2) n  2 6 Thay (2) vào (1) ta có:  ÷ − n 2 = 5 ⇔ 36 − n 4 = 5n 2 n ⇔ n 4 + 5n 2 − 36 = 0 ⇔ n 2 = 4; n 2 = −9(loai ) n = 2 ⇒ m = 3  n = −2 ⇒ m = −3  Vậy z có hai căn bậc hai là 3+2i và -3-2i Ví dụ 2: Tìm các căn bậc hai của số phức z = −164 + 48 5i Lời giải Giả sử m+ni (m; n∈ R) là căn bậc hai của z Ta có: (m + ni ) 2 = −164 + 48 5i 5 ⇔ m 2 + 2mni − n 2 = −164 + 48 5i m 2 − n 2 = −164(1) m 2 − n 2 = −164   ⇔ ⇔ 24 5 (2) 2mn = 48 5 n =  m  Thay (2) vào (1) ta có: m 2 − ( 24 5 2 ) = −164 ⇔ m 4 + 164m 2 − 2880 = 0 m ⇔ m 2 = 16; m 2 = −180(loai ) m = 4 ⇒ n = 6 5   n = −4 ⇒ m = −6 5  Vậy z có hai căn bậc hai là 4 + 6 5i, − 4 − 6 5i Bài luyện tập Tìm các căn bậc 2 của các số phức sau: −5 + 12i, − 7 − 24i, 1 − 3i, − 23 − 4 6i III Giải phương trình bậc hai trên tập số phức Xét phương trình az 2 + bz + c = 0( a, b, c ∈ C ; a ≠ 0) Cách giải Tính ∆ = b 2 − 4ac Gọi ± k là căn bậc hai của ∆ , nghiệm của phương trình là: z = −b − k −b + k ,z= 2a 2a Đặc biệt nếu b=2b’, ta tính ∆ ' Gọi ± k ' là căn bậc hai của ∆ ' , nghiệm của phương trình là: z = Ví dụ 1: Giải phương trình: z 2 − (3i + 8) z + 11i + 13 = 0 Lời giải ∆ = (3i + 8)2 − 4(11i + 13) = 4i + 3 Giả sử m+ni (m; n∈ R) là căn bậc hai của ∆ Ta có: (m + ni) 2 = 5 + 12i ⇔ m 2 + 2mni + n 2i 2 = 3 + 4i ⇔ m 2 + 2mni − n 2 = 3 + 4i m 2 − n 2 = 3(1) m2 − n 2 = 3  ⇔ ⇔ 2 2mn = 4  n = (2) m  6 −b '− k ' −b '+ k ' ,z= a a 2 m2 = 4 2 4 2 Thay (2) vào (1) ta có: m −  ÷ = 3 ⇔ m − 3m − 4 = 0 ⇔  2 m  m = −1(loai) 2 m = 2 ⇒ n = 1  m = −2 ⇒ n = −1  Vậy ∆ có hai căn bậc hai là 2+i và -2-i  3i + 8 + i + 2 = 2i + 5 z = 2 Do đó nghiệm của phương trình là   z = 3i + 8 − i − 2 = i + 3   2 Ví dụ 2 Giải phương trình: z 2 + 4 z + 7 = 0 Lời giải ∆ ' = 2 − 7 = −3 = 3i 2 ⇒ các căn bậc hai của ∆ ' là ±i 3 2 Vậy nghiệm của phương trình là: z = −2 + 3i, z = −2 − 3i Ví dụ 3 giải phương trình: z 3 + 4 z 2 + (4 + i) z + 3 + 3i = 0 (1) Lời giải Dễ thấy z=-i là nghiệm của (1) nên (1) ⇔ ( z + i )( z 2 + (4 − i ) z + 3 − 3i) = 0 z + i = 0 ⇔ 2  z + (4 − i ) z + 3 − 3i = 0(2) Giải (2) ∆ = (4 − i )2 − 12 + 12i = 16 − 1 − 8i − 12 + 12i = 3 + 4i = 4 + 2.2.i + i 2 = (2 + i) 2 Vậy ∆ có hai căn bậc hai là: 2+i và -2-i  −4 + i + 2 + i = −1 + i z = 2 Do đó nghiệm của (2) là   z = −4 + i − 2 − i − 2 = −3   2 Vậy (1) có 3 nghiệm là –i, -3, -1+i Ví dụ 4 Gọi z1 và z2 là hai 2 ( 1 + i ) z 2 − 4 ( 2 − i ) z − 5 − 3i = 0 2 2 Tính z1 + z2 nghiệm phức của phương trình: Lời giải 2 Ta có ∆ ' = 4 ( 2 − i ) + 2 ( 1 + i ) ( 5 + 3i ) = 16 Vậy phương trình có hai nghiệm phức z1 = 3 5 1 1 2 2 − i, z2 = − − i Do đó z1 + z2 = 9 2 2 2 2 Ví dụ 5 Gọi z1 , z2 , z3 , z4 là bốn nghiệm của phương trình z 4 − z 3 − 2 z 2 + 6 z − 4 = 0 trên tập số phức tính tổng: S = 1 1 1 1 + 2+ 2+ 2 z12 z2 z3 z4 Lời giải 7 2 PT: z 4 − z 3 − 2 z 2 + 6 z − 4 = 0 ⇔ ( z − 1) ( z + 2 ) ( z − 2 z + 2 ) = 0 (1)  z1 = 1  z = −2 2 Không mất tính tổng quát ta gọi 4 nghiệm của(1)là   z3 = 1 + i   z4 = 1 − i 1 1 1 1 1 1 1 5 Thay và biểu thức ta có: S = z 2 + z 2 + z 2 + z 2 = 1 + 4 + 1 − i 2 + 1 + i 2 = 4 ( ) ( ) 1 2 3 4 Ví dụ 6 Giải phương trình sau trên tập số phức C: z2 z − z + + z + 1 = 0 (1) 2 4 3 Lời giải Nhận xét z=0 không là nghiệm của phương trình (1) vậy z ≠ 0 Chia hai vế PT (1) cho z2 ta được : ( z 2 + Đặt t= z − 1 1 1 ) − ( z − ) + = 0 (2) 2 z 2 z 1 1 1 Khi đó t 2 = z 2 + 2 − 2 ⇔ z 2 + 2 = t 2 + 2 z z z 5 2 Phương trình (2) có dạng : t2-t+ = 0 (3) ∆ = 1 − 4 5 = −9 = 9i 2 2 Vậy PT (3) có 2 nghiệm t= Với t= 1 + 3i 1 − 3i , t= 2 2 1 + 3i 1 1 + 3i ⇔ 2 z 2 − (1 + 3i ) z − 2 = 0 (4) ta có z − = 2 z 2 Có ∆ = (1 + 3i ) 2 + 16 = 8 + 6i = 9 + 6i + i 2 = (3 + i) 2 Vậy PT(4) có 2 nghiệm : z= (1 + 3i ) + (3 + i ) (1 + 3i ) − (3 + i ) i − 1 = 1 + i , z= = 4 4 2 Do đó PT đã cho có 4 nghiệm : z=1+i; z=1-i ; z= Bài luyện tập Giải các phương trình sau: 1 z 2 − 7 z + 11 + i = 0 2 z 2 + 2(1 − 2i ) z − (7 + 4i ) = 0 3 z 2 − 2(2 − i ) z + 6 − 8i = 0 4 z 2 − (2 + i ) z + i + 1 = 0 5 z 3 − (2 + i ) z 2 + (2 + 2i) z − 2i = 0 8 i −1 − i −1 ; z= 2 2 IV Tìm tập hợp điểm biểu diễn số phức z Cách giải: Giả sử z = a + b i ; thay vào giả thiết, tìm được một hệ thức nào đó đối với a và b Từ đó suy ra tập hợp các điểm biểu diễn số phức z Ví dụ 1 Tìm tập hợp các điểm biểu diễn số phức z sao cho u = z + 2 + 3i là một số z −i thuần ảo Lời giải Giả sử z = a + ib ( a, b ∈ R ) , khi đó u = a + 2 + bi + 3i (a + 2 + (b + 3)i )(a − (b − 1)i ) = a + (b − 1)i a 2 + (b − 1) 2 Tử số bằng a 2 + b 2 + 2a + 2b − 3 + 2(2a − b + 1)i a 2 + b 2 + 2a + 2b − 3 = 0 (a + 1) 2 + (b + 1) 2 = 5 ⇔ u là số thuần ảo khi và chỉ khi   2a − b + 1 ≠ 0 ( a; b) ≠ (0;1), ( −2; −3) Vậy tập hợp các điểm biểu diễn số phức z là đường tròn tâm I (−1; −1) , bán kính bằng 5 , khuyết 2 điểm (0;1) và (-2;-3) Ví dụ 2 Tìm tập hợp các điểm biểu diễn số phức z, biết z thỏa mãn: z + 2 − 3i = 1(*) z −4+i Lời giải Giả sử z = a + bi (*) ⇔ a + 2 + (b − 3)i = x − 4 − (b − 1)i ⇔ (a + 2)2 + (b − 3) 2 = (a − 4) 2 + (b − 1) 2 ⇔ 3a − b − 1 = 0 Vậy tập hợp các điểm M biểu diễn số phức z là đường thẳng có phương trình 3x-y1=0 Ví dụ 3 Tìm quĩ tích các điểm M biểu diễn số phức ω = (1 + i 3) z + 2 biết số phức z thỏa mãn: z − 1 ≤ 2 (1) Lời giải Giả sử ω = a + bi Ta có a + bi = (1 + i 3) z + 2 ⇔ z = a − 2 + bi a − 3 + (b − 3i ) ⇔ z −1 = 1+ i 3 1+ i 3 9 a − 3 + (b − 3)i (a − 3) 2 + (b − 3) 2 a − 3 + (b − 3)i ≤2⇔ ≤2 (1) ⇔ ≤2 ⇔ 2 1+ i 3 1+ i 3 ⇔ (a − 3) 2 + (b − 3) 2 ≤ 16 Vậy quĩ tích các điểm M biểu diễn số phức là hình tròn ( x − 3) 2 + ( y − 3) 2 ≤ 16 (kể cả những điểm nằm trên biên) Bài luyện tập Tìm tập hợp điểm biểu diễn của số phức z thỏa mãn: a 2 + z = i − z b z = 3 c z = z − 3 + 4i z −i d z −i = 1 e z+i | z − i | = | (1 + i)z | f | z − (3 − 4i) | = 2 g z 2 = ( z ) 2 V Tìm số phức z có môđun nhỏ nhất, lớn nhất Bài toán: Cho số phức z=a+bi thỏa mãn điều kiện G nào đó Tìm số phức z có mô đun nhỏ nhất, lớn nhất Trường hợp 1: giả thiết G có dạng ma + nb = k Ta rút a theo b (hoặc b theo a) sau đó ta sử dụng phương pháp nhóm tổng bình phương Ví dụ 1 Biết rằng số phức z thỏa mãn u = ( z + 3 − i )( z + 1 + 3i ) là một số thực Tìm giá trị nhỏ nhất của |z| Lời giải Giả sử z = a + ib , ta có u = (a + 3 + (b − 1)i )(a + 1 − (b − 3)i ) = a 2 + b 2 + 4a − 4b + 6 + 2(a − b − 4)i u∈R ⇔ a −b−4 = 0 ⇔ a = b+ 4 | z |min ⇔ | z |2 min | z |2 = a 2 + b 2 = (b + 4) 2 + b 2 = 2b 2 + 8b + 16 = 2(b + 2) 2 + 8 ≥ 8 Dấu = xảy ra khi b = −2 ⇒ a = 2 Vậy | z |min ⇔ z = 2 − 2i Ví dụ 2 Cho số phức z thỏa mãn: z + i + 1 = z − 2i Tìm giá trị nhỏ nhất của z Lời giải 10 a + bi + i + 1 = a − bi − 2i ⇔ ( a + 1) + ( b + 1) = a 2 + ( b + 2 ) 2 2 2 ⇔ a 2 + 2a + 1 + b 2 + 2b + 1 = a 2 + b 2 + 4b + 4 ⇔ 2a − 2b − 2 = 0 ⇒ a − b = 1 ⇒ a = 1 + b 1 2 ⇒ a 2 + b 2 = ( b + 1) + b 2 = 2b 2 + 2b + 1 ≥ 2 ⇒ z ≥ 1 1 1 −1 ⇔a= ; b= Vậy Min z = 2 2 2 2 Trường hợp 2: Giả thiết G có dạng ( x + a) 2 + ( y + b) 2 = k 2 Bài toán: Tìm GTNN, GTLN của S = A sin mx + B cos nx + C 2 2 Ta có S = A + B (sin mx A A +B 2 2 + cos mx B A + B2 2 )+C A  cos ϕ =   A2 + B 2 Đặt  Khi đó S = A2 + B 2 (sin mx.cos ϕ + cos mx.sin ϕ ) + C B sin ϕ = 2  A + B2  Do đó MinS = − A2 + B 2 + C ⇔ x = MaxS = A2 + B 2 + C ⇔ x = −π ϕ k 2π − + 2m m m π ϕ k 2π − + 2m m m  x + a = k sin ϕ  y + b = k cos ϕ Vì thế ở trường hợp 2 để tìm GTNN, GTLN của |z| ta đặt  Sau đó ta làm tương tự như bài toán trên Ví dụ 3 Cho số phức z thỏa mãn: z − 3 + 4i = 4 Tìm giá trị nhỏ nhất của z Lời giải Giả sử z=a+bi, ta có: a + bi − 3 + 4i = 4 ⇒ ( a − 3) + ( b + 4 ) = 16 2 2 a − 3 = 4sin ϕ a = 3 + 4sin ϕ ⇒ b + 4 = 4cos ϕ b = 4cos ϕ − 4 Đặt  2 ⇒ z = a 2 + b 2 = 9 + 16sin 2 ϕ + 24sin ϕ + 16cos 2 ϕ + 16 − 32cos ϕ = 41 + 24sin ϕ − 32cos ϕ 3 4 = 41 + 40( sin ϕ − cos ϕ ) 5 5 3 4 Đặt cos α = ,sin α = 5 5 2 ⇒ z = a 2 + b 2 = 41 + 40sin(ϕ − α ) ≥ 1 11 Dấu = xảy ra khi ϕ − α = − π π + k 2π ⇒ ϕ = − + α + k 2π Do đó Min z = 1 2 2 Ngoài ra để tìm GTNN, GTLN của z ta có thể sử dụng phương pháp hình học Ví dụ 4 Cho hai số phức z1 , z2 thỏa mãn z1 + 5 = 5, z2 + 1 − 3i = z2 − 3 − 6i Tìm giá trị nhỏ nhất của z1 − z2 Lời giải Giả sử M (a; b) là điểm biểu diễn của số phức z1 = a + bi , N (c; d ) là điểm biểu diễn của số phức z2 = c + di 2 2 Ta có z1 + 5 = 5 ⇔ (a + 5) + b = 25 Vậy M thuộc đường tròn (C ) :( x + 5)2 + y 2 = 25 z2 + 1 − 3i = z2 − 3 − 6i ⇔ 8c + 6d = 35 Vậy N thuộc đường thẳng ∆ : 8 x + 6 y = 35 Dễ thấy đường thẳng ∆ không cắt (C ) và z1 − z2 = MN Bài toán trở thành: Trong mặt phẳng Oxy cho đường tròn (C ) :( x + 5) 2 + y 2 = 25 và đường thẳng ∆ : 8 x + 6 y = 35 Tìm giá trị nhỏ nhất của MN, biết M chạy trên (C ) , N chạy trên đường thẳng ∆ L 0 M d H Gọi d là đường thẳng qua I và vuông góc với ∆ PT đường thẳng d là 6x-8y=-30 Gọi H là giao điểm của d và ∆ Tọa độ điểm H là nghiệm của hệ x = 1 8 x + 6 y = 35 9  ⇔  9 ⇒ H (1; ) 2 6 x − 8 y = −30 y = 2  12 Gọi K, L là giao điểm của d với đường tròn (C ) Tọa độ K, L là nghiệm của hệ ( x + 5)2 + y 2 = 25  x = −1; y = 3 ⇔ Vậy K(-1;3), L(-9;-3)   x = −9; y = −3 6 x − 8 y = −30 Tính trực tiếp HK, HL Suy ra MinMN = Min z1 − z2 = 5 ⇔ M ≡ K , N ≡ H Khi đó 2 5 2 Bài luyện tập 1 Trong các số phức z thỏa mãn: 2z + 2 + i = 2 , hãy tìm số phức z có môđun z − 3 + 2i nhỏ nhất 2 Trong các số phức z thỏa mãn: 2z + 2 + i = 3 , hãy tìm số phức z có môđun z −1− i nhỏ nhất, lớn nhất 3 cho hai số phức z1 , z2 thỏa mãn z1 + i = 5, z2 − 5 = z2 − 7 Tìm giá trị nhỏ nhất của z1 − z2 VI Dạng lượng giác của số phức và ứng dụng Xét số phức dạng đại số: z = a + bi 2  a 2 Ta có z = a + b   2  a +b  a Nhận xét  2  2  a +b a Đặt cosϕ = a2 + b 2 2  i÷ 2 ÷ a2 + b  b + 2 2   b ÷ + 2 ÷  2   a +b ;sin ϕ =  ÷ =1 ÷  b a2 + b 2 ; Khi đó 2 z = a 2 + b (cosϕ +sinϕ )=r(cosϕ +isinϕ ) (*) (r = z = a2 + b 2 ) (*) Gọi là dạng lượng giác của số phức z, ϕ gọi là một acgumen của z Nhận xét: Nếu ϕ là một acgumen của z thì ϕ + k 2π cũng một acgumen của z + Nhân và chia số phức dạng lượng giác 13 Cho z1 = r1 (cosϕ1 +isinϕ1 ); z 2 = r2 (cosϕ 2 +isinϕ2 ) Khi đó z1z 2 = r1r2 [cos(ϕ1 +ϕ2 )+isin(ϕ1 +ϕ 2 )] z1 r1 = [cos(ϕ1 − ϕ2 )+isin(ϕ1 − ϕ 2 )] z 2 r2 Đặc biệt với z = r (cosϕ +isinϕ ) ⇒ z 2 = r 2 (cos2ϕ +isin2ϕ ) z 3 = r 3 (cos3ϕ +isin3ϕ ) z n = r n (cosnϕ +isinnϕ ) (**) (**) gọi là công thức moavơrơ Ví dụ 1 Viết số phức sau dạng lương giác: z = 3 − i Lời giải  3 i π π  −π −π    z = 2 − ÷ = 2  cos − sin i ÷ = 2  cos − i sin ÷ 6 6  6 6     2 2  Ví dụ 2 Tìm acgumen của số phức: z = 2  sin  π π − icos ÷ 5 5 Lời giải π π π π  3π 3π  −3π −3π     z = 2  cos( − ) − i sin( − ) ÷ = 2  cos − i sin ) + i sin( )÷ ÷ = 2  cos( 2 5 2 5  10 10  10 10     ⇒ acgumen của z là −3π + k 2π 10 Ví dụ 3 Cho z = 2 + 2i Tìm dạng đại số của z 2012 Lời giải 2  1   2  1 z =2 2 + i ÷= 2 2  + i÷ 2 2 2 2  2 2    π π  = 2 2  cos + i sin ÷ 4 4  Áp dụng công thức moavơrơ ta có: 2012π 2012π + i sin ) 4 4 = (2 2) 2012 ( −1 + i.0) = −(2 2) 2012 z 2012 = (2 2) 2012 (cos Ví dụ 4 Viết số phức sau có dạng lượng giác: z = 2-2i Lời giải 14 1  π π  1  z = 2 2 − i ÷ = 2 2  cos − i sin ÷ 4 4 2    2 −π −π   = 2 2  cos( ) + i sin( ) ÷ 4 4   Ví dụ 5.Tìm acgumen của z = 2 3 − 2i Lời giải  3 1  π π −π −π    z = 2 3 − 2i = 4  − i ÷ = 4  cos − i sin ÷ = 4  cos( ) + i sin( ) ÷ 6 6 6 6     2 2  Vậy acgumen của z là −π + k 2π 6 Ví dụ 6 Biết z = 1 − i 3 Tìm dạng đại số của z 2012 Lời giải 1 z = 1 − i 3 = 2 − i 2 3 π π  ÷ = 2  cos − i sin ÷ 2  3 3  −π −π   = 2  cos( ) + i sin( ) ÷ 3 3   2012π 2012π + i sin ) 4 4 = (2 2) 2012 ( −1 + i.0) = −(2 2) 2012 z 2012 = (2 2) 2012 (cos Ví dụ 7 Cho z1 = 1 − i ; z2 = 2 3 + 2i Tìm dạng đại số của z 20 z15 Lời giải 1  π π −π −π   1   z1 = 1 − i = 2  − i ÷ = 2  cos − i sin ÷ = 2  cos( ) + i sin( ) ÷ 4 4 4 4    2   2 −20π −20π   z120 = ( 2) 20  cos( ) + i sin( )÷ 4 4   = 210.(−1 + i.0) = −210  3 1  π π  − i ÷ = 4  cos + i sin ÷ 6 6   2 2  z2 = 2 3 + 2i = 4  15π 15π   z15 = 415. cos + i sin 2 ÷ 6 6   = 415.(0 + i1) = 415 i Suy ra z 20 z15 = −240 i 15   Ví dụ 8 Tìm acgumen của z = 2  sin π π − icos ÷ 7 7 Lời giải π  π z = 2  sin − icos ÷ 7 7  π π π π   = 2  cos( − ) − i sin( − ) ÷ 2 7 2 7   5π 5π  −5π −5π    = 2  cos − i sin ) + i sin( )÷ ÷ = 2  cos( 14 14  14 14    ⇒ acgumen của z là −5π + k 2π 14   Ví dụ 9 Tìm acgumen của z = −3  sin π π + icos ÷ 5 5 Lời giải π  π z = −3  sin + icos ÷ 5 5  π π π π   = −3  cos( − ) + i sin( − ) ÷ 2 5 2 5   3π 3π   = −3  cos + i sin ÷ 10 10   ⇒ acgumen của z là 3π + k 2π 10 Ví dụ 10 (B-2012)Gọi z1 ; z2 là 2 nghiệm phức của phương trình: z 2 − 2 3iz − 4 = 0 , viết dạng lượng giác của z1 ; z2 Lời giải z 2 − 2 3i.z − 4 = 0 , ∆ = 3i 2 + 4 = 4 − 3 = 1 z1 = 3i − 1; z2 = 3i + 1  −1 3  2π 2π   z1 = 2  + i ÷ = 2  cos + isin ÷ 2  3 3    2 1 3  π π  z2 = 2  + i ÷ = 2  cos + isin ÷ 3 3  2 2  0 2 4 6 2010 2012 Ví dụ 11 Tính tổng S = C2012 − C2012 + C2012 − C2012 + − C2012 + C2012 16 Lời giải 0 1 2 3 2011 2012 Ta có (1 + i ) 2012 = C2012 + C2012i + C2012i 2 + C2012i 3 + + C2012 i 2011 + C2012 i 2012 0 1 2 3 2011 2012 (1 − i ) 2012 = C2012 − C2012i + C2012i 2 − C2012i 3 + − C2012 i 2011 + C2012 i 2012 0 2 6 2010 2012 Suy ra (1 + i ) 2012 + (1 − i ) 2012 = 2(C2012 − C2012 + C2012 + − C2012 + C2012 = 2 S Mặt khác (1 + i ) 2012 = [ 2(cos (1 − i ) 2012 = [ 2(cos π π + i sin )]2012 = 21006 (cos503π + i sin 503π ) = −21006 4 4 −π −π 2012 + i sin )] = 21006 (cos − 503π + i sin − 503π ) = −21006 4 4 Từ đó S = −21006 Bài luyện tập Bài 1 Tìm một acgumen của mỗi số phức sau : π 4 b cos − i sin a −1 − i 3 ; π 4 π 8 π 8 ; c − sin − i cos ; d 1 − sin ϕ + i cosϕ Bài 2 Viết dạng lượng giác số z = 1 3 − i Suy 2 2 π   0 < ϕ < ; 2  ra căn bậc hai số phức z: Bài 3 Viết dạng lượng giác của mỗi số phức sau: a sin ϕ + i 2 sin 2 ϕ 2 b cos ϕ + i (1 + sin ϕ ) Bài 4 Tìm phần thực và phần ảo của mỗi số phức sau: a ( (1 + i ) 10 3 +i ) 9 b z 2000 + ; 1 z 2000 1 z biết rằng z + = 1 VII Một số bài toán về chứng minh Lời giải các bài toán về chứng minh thường dựa trên các tính chất về mô đun và liên hợp của số phức, chú ý rằng nếu các số phức z1 , z2 có các điểm biểu diễn tương ứng là A, B thì OA = z1 ; OB = z2 ; AB = z1 − z2 Từ đó suy ra: +) z1 + z2 ≥ z1 − z2 +) z1 − z2 ≥ z1 − z2 +) z1 + z2 ≤ z1 + z2 2 Ví dụ 1 Giả sử z1 , z2 là các số phức khác không thỏa mãn z12 − z1 z2 + z2 = 0 gọi A, B là các điểm biểu diễn tương ứng của z1 , z2 Chứng minh rằng tam giác OAB đều Lời giải 3 2 Ta có z13 + z2 = ( z1 + z2 )( z12 − z1 z2 + z2 ) = 0 , suy ra: 3 3 3 z13 = − z2 ⇒ z1 = z2 ⇒ z1 = z2 ⇒ OA = OB 17 Lại có 2 ( z1 − z2 ) 2 = ( z12 − z1 z2 + z2 ) − z1 z2 = − z1 z2 nên 2 z1 − z2 = z1 z2 ⇒ AB 2 = OA.OB = OA2 Suy ra AB=OA=OB ⇒ ∆OAB đều Ví dụ 2 cho 3 số phức z1 , z2 , z3 đều có mô đun bằng 1 Chứng minh rằng: z1 + z2 + z3 = z1 z2 + z2 z3 + z3 z1 Lời giải Vì z1 z2 z3 =1 nên z1 z2 + z2 z3 + z3 z1 = z1 z2 + z2 z3 + z3 z1 1 1 1 = + + z1 z2 z3 z1 z2 z3 = z1 + z2 + z3 = z1 + z2 + z3 = z1 + z2 + z3 (Đpcm) 3 Ví dụ 3 Cho số phức z ≠ 0 thỏa mãn z + 8 2 ≤ 9 Chứng minh rằng z + ≤ 3 3 z z Lời giải Đặt a = z + 2 2 8 2 (a ≥ 0) Ta có: ( z + )3 = z 3 + 3 + 6( z + ) Suy ra: z z z z 3 2 8 2 a = z+ ≤ z 3 + 3 + 6 z + ≤ 9 + 6a z z z 3 Do đó a − 6a − 9 ≤ 0 ⇔ (a − 3)(a 2 + 3a + 3) ≤ 0 3 Vì a 2 + 3a + 3 > 0 , nên a = z + 2 ≤ 3 (Đpcm) z Bài tập luyện tập Bài 1.Cho hai số phức z1 , z2 đều có mô đun bằng 1 Chứng minh rằng z= z1 + z2 là một số thực 1 + z1 z2 3 Bài 2 Cho số phức z ≠ 0 thỏa mãn z + 1 1 ≤ 2 Chứng minh rằng z + ≤ 2 3 z z Bài 3 Chứng minh rằng với mỗi số phức z, có ít nhất một trong hai bất đẳng thức sau xảy ra: z + 1 ≥ 1 2 hoặc z + 1 ≥ 1 2 18 ... Tìm số phức z biết: II Căn bậc số phức phương trình bậc hai tập số phức Định nghĩa: Cho số phức z = a + bi Căn bậc hai số phức z số phức z1 = a1 + b1i thỏa mãn z12 = z Ví dụ 1: Tìm bậc hai số phức. .. Bài Cho số phức z thỏa mãn: (2 − 3i)z + (4 + i) z = −(1 + 3i) Xác định phần thực phần ảo z Bài Tính mơ đun số phưc sau: z1 = (2 + 3i ) + (? ?3 + 4i); z2 = (3 − 2i )3 ; z3 = (2i − 1) − (3 + i )... 13  ? ?3a = 13 13 a = ⇔ ⇒ z = − 9i ⇔ 3a − bi = 11i − 11i + − 2i = 13 + 9i ⇔  −b = b = −9  Ví dụ Cho z1 = + 3i, z2 = + i Tính z1 + 3z2 ; z1 + z2 ; z1 + 3z2 z2 Lời giải +) z1 + 3z2 = + 3i