内容正文:
1 的 次方根出现在人教 版新教材必修二 的阅读与思考(如下图)。这个点在今年模考中多次出现, 无论小题还是新定义压轴都有涉及。
一、新教材中的 1 的 次方根
1、教材原内容
2、复数的三角形式
3、复数的乘法法则
4、再详细介绍一下棣莫佛定理
二、1 的 次方根及其性质
1、定义
2、5 性质
三、隐含 1 的 次方根的新定义题
1、这道隐含 次单位根题解析
2、常规二项式展开式系数和
3、二项式展开式间隔项系数和拓展问题
四、 1 的 次方根与三角函数新定义压轴
五、 1 的 次方根与周期数列新定义压轴
六、更多模考中的复数新定义压轴
一、新教材中的 1 的 次方根
1、教材原内容
探究与发现
1 的 次方根
初中我们学过, 1 的平方根为 , 它们互为相反数. 如何求 1 的 3 次方根, 4 次方根…… 次方根?它们有什么性质呢?
我们知道开方是乘方的逆运算,为了探求 1 的 次方根,需要先研究复数的乘方.
由复数乘法运算的三角表示知,若 isin ),则 . 这个结论可以推广到 个复数相乘的情况,即若 ,则
特别地,如果 ,那么
这就是说,复数的 次幂的模等于这个复数的模的 次幂,它的辐角等于这个复数的辐角的 倍,这个结论叫做棣莫弗定理.
类比复数乘法的几何意义, 你能给出复数乘方的几何意义吗?
下面我们利用棣莫弗定理, 探求 1 的 3 次方根, 给出它们的几何解释, 并探求它们的性质.
设 是 1 的 3 次方根,则 ,从而
因为相等的复数的模相等,辐角可以相差 的整数倍,所以
即
因此 1 的 3 次方根是 .
根据三角函数的周期性可得,1 的 3 次方根为 ,
,即 isin .
1 的 3 次方根的几何意义是什么呢?
如图 1,在复平面内,设 对应的点分别为 ,对应的向量分别为 . 因为 ,所以 所对应的点 都在以原点 为圆心的单位圆上. 因为 , 的辐角依次相差 ,所以 是单位圆的三等分点 (也可以看成单位圆的内接正三角形的顶点), 且分点 恰为单位圆与实轴的正半轴的交点.
图 1
从 对应的向量 来看,容易发现: 将 绕原点 按逆时针方向旋转 得到 ,再按逆时针方向旋转 得到 ,继续按逆时针方向旋转 得到 .
我们还可以得到 1 的 3 次方根的一些性质:
(1) ,其中 ;
(2) 和 互为共轭复数;
(3) .
你能证明这些性质吗?
类比上述研究方法,请你自己探求 1 的 4 次方根, 5 次方根…… 次方根. 你能解释它们的几何意义, 并探求它们的性质吗?
2、复数的三角形式
复数的三角形式在新教材中是带 * 的选学内容,位于人教 A 版数学必修第二册第七章,7.3 节 (P83) 如下图。
7. 3* 复数的三角表示
前面我们研究了复数 及其四则运算,本节研究复数的另一种重要表示——复数的三角表示. 它可以帮助我们进一步认识复数, 同时能给复数的运算带来便利.
7.3.1 复数的三角表示式
我们知道,复数可以用 的形式来表示,复数 与复平面内的点 是一一对应的,与平面向量 也是一一对应的. 借助复数的几何意义, 复数能不能用其他形式来表示呢?
探究
如图 7.3-1,复数 与向量 对应, 复数 由向量 的坐标(a, b)唯一确定. 我们知道向量也可以由它的大小和方向唯一确定, 那么能否借助向量的大小和方向这两个要素来表示复数呢? 如何表示?
图 7.3-1
向量的大小可以用模来刻画, 那么向量的方向如何刻画呢? 由图 7.3-1 容易想到, 可以借助以 轴的非负半轴为始边,以向量 所在射线 (射线 ) 为终边的角 来刻画 的方向.
3、复数的乘法法则
复数三角形式的乘法法则 (棣莫佛定理) 在新教材上也有, P86, 如下图。
7.3.2 复数乘、除运算的三角表示及其几何意义
前面, 我们研究了复数代数形式的乘、除运算, 下面我们利用复数的三角表示研究复数的乘、除运算及其几何意义.
思考
如果把复数 分别写成三角形式 isin ),你能计算 并将结果表示成三角形式吗?
根据复数的乘法法则以及两角和的正弦、余弦公式, 可以得到
即
这就是说, 两个复数相乘, 积的模等于各复数的模的积, 积的辐角等于各复数的辐角的和.
4、再详细介绍一下棣莫佛定理
【棣莫佛定理】棣莫佛定理其实就是复数三角形式的乘法法则,指的是: 设两个复数
,则
证明: 因为
所以
该定理可以推广为一般形式
【推广形式】设 个复数 ,则
【乘方形式】在一般形式中如果令 ,则能导出复数乘方公式
证明:
法一: 数学归纳法
① 当 时,等式显然成立
② 设当 时等式成立,则当 时
即当 时等式也成立
综上,对于任意正整数 ,都有
法二: 欧拉公式
所以
( 1 )指数函数 ,其任意阶导数 ,在 处泰勒展开
(2)三角函数 和 ,在 处泰勒展开
这里便可以利用以上三式证明世界上最美丽的公式,欧拉公式: 。
首先,将 的泰勒展开式中 替换成 ( 为虚数单位)得到
观察此式,你会惊奇发现等号右侧不正是 和 泰勒展开式的线性组合吗? 即
再令 ,即可得到 ,移项即为欧拉公式。
二、1 的 次方根及其性质
1、定义
【定义】在复数范围内,1的 次方根,或叫 次单位根, 简称单位根,共有 个,分别是
或
注:前者是三角形式, 后者是指数形式 (要用到欧拉公式)
设复数 ,是 1 的 次方根,则 ,则
因为相等的复数的模相等,辐角可以相差 的整数倍,所以
因此 1 的 次方根是
2、5 性质
【性质 1】对于 ,
都是 1 的 次方根,即 ,但相异的只有 个。
注: 例如取 时,就得到 个不同的 次单位根。当 时, 。
【性质 2】
注: 次单位根的模为 1
【性质 3】 ( 为任意整数)
注: 两个 次单位根 的乘积仍是一个 次单位根,由此可得
①
② ( , 为任意整数,当 时, )。
③ 对任何整数
④ 对任何整数 的充分必要条件是 ,即 与 除以 后余数相同。
⑤ ,即任何一个单位根都可以写成 的幂,有这种性质的 次单位根 称为 次本原单位根,简称 次原根或原根,当 与 互素且 时,都是 次原根。
⑥ (一个 次单位根的共轭复数也是一个 次单位根)
【性质 4】对任何整数 ,
注: 表示 整除 ,即 是 的整数倍; 则表示 不是 的整数倍。由此可得 ① 全部单位根的和为 0 ,即
② 设 次单位根 ,则
【性质 5】全部单位根把复平面上的单位圆周( ) 等分,构成了外接圆半径为 1 的正 边形的顶点,其中一个顶点是 ,如图 1 所示。
图 1
三、隐含 1 的 次方根的新定义题
该题来自江西南昌 2025 届高三第一次模拟测试第 19 题,该题还是非常新颖的,是一道不错的新定义题,第(3)问涉及到的二项式系数和与以往常见的形式不一样, 即将常见的奇偶项 (间隔 1 项) 系数求和拓展到了间隔 3 项,不知道考场上的同学有多少能想到。另外,这种二项式间隔 项系数求和与教材拓展阅读中的 1 的 次方根有关!
1、这道隐含 次单位根题解析
【江西南昌 25 届高三一模 T19】通过抛掷骰子产生随机数列 ,具体产生方式为: 若第 次抛掷得到点数 , ,则 . 记数列 的前 项和为 为 除以 4 的余数.
(1)若 ,求 的概率;
(2)若 ,比较 与 的大小,说明理由;
( 3 )若 ,设 ,试确定该展开式中各项系数与事件 的联系,并求 的概率.
解析:
(1)易知
所以
(2)
① 时, 可能是4,8,12
易知
所以
② 时, 可能是3,7,11
易知
所以
所以
( 3 )由( 1 )( 2 )问可知,当 时
可以发现事件 的概率恰好为
其中 (因为两个骰子投掷的点数和至少为 )
因此可猜想当 时,事件 的概率恰好为
其中 (因为 20 个骰子投掷的点数和至少为 20)
当 时, 可能是
所以
因为
令 ,得
令 ,得
则 得
令 , 得
又
所以
则 得
所以
注: 此题第 (3) 考的就是二项式系数和赋值技巧,在以往的题目中基本都是赋 即可,但这道题赋了虚数单位 ,很新颖!其实,这里的 都是 1 的 4 次方根! 2、常规二项式展开式系数和
(1) 设
二项式定理是一个恒等式,即对 的一切值都成立,可以根据具体问题的需要灵活选取 的值.
1 令 ,可得
② 令 ,可得
则
③ 假设 为偶数,再结合 ① 可得
(2)若 ,则
(i) 求常数项可令 ,得
(ii)求各项系数和,可令 ,得
(iii)求奇、偶次项的系数和
① 当 为偶数时,偶次项的系数和为
奇次项的系数和为
② 当 为奇数时,偶次项的系数和为
奇次项的系数和为
3、二项式展开式间隔项系数和拓展问题
注:当所要求的二项式展开式系数和, 间隔两项及以上的如何解决呢? 也就是拓展自南昌一模的问题, 即
【二项式展开式各项系数和拓展问题】设
若 ,求
其中, 表示不超过 的最大整数.
解析: 当 时,就是上面常规的二项式系数和问题,赋值 即可
(1)当 时,令 ,即可得
(2)当 时,令 ,可得
(1) + (2) 得
注: 时,赋值 ,正是 1 的两个 2 次方根,如图 2 所示
(3)当 时,令 ,可得
上面三式相加,再利用 1 的 3 次方根的【性质 4】,即 ,
可得
(4)当 时,令 ,可得
上面四式相加,再利用 1 的 4 次方根的【性质 4】,即 ,
可得
图 4
图 5
(5)当 时,令 ,可得
上面四式相加,再利用 1 的 4 次方根的【性质 4】,即 ,
可得
(6)综上可得,当 时,令 ,可得
即
注: 模考中可能考的拓展情形就是 了,因为这种情况下赋值是 ,有可能计算出来具体的数值,类似于南昌一模这道题。但是,其他情形下, 就比较复杂了,比如 1 的 3 次方根 ,代入 并不好计算出具体数值。
四、 1 的 次方根与三角函数新定义压轴
【广东 25 届毕业班二调 T19】已知集合 , ,设函数
( 1 )当 和 时,分别判断函数 是否是常数函数?说明理由;
(2)已知 ,求函数 是常函数的概率;
( 3 )写出函数 是常函数的一个充分条件,并说明理由
解析:
(1)(2)(暂略)
(3)
若 是常函数,则 恒等于零,则
考虑复数 ,是 1 的 次方根,则 ,则
因为相等的复数的模相等,辐角可以相差 的整数倍,所以
因此 1 的 次方根是
由于 是方程 的 个根,则由韦达定理可得
故
对比 (1)(2) 式 可取
因此 是常函数的一个充分条件是
注:该题让求的是一个充分条件, 满足题设即可, 并不要求求出所有满足条件的答案, 参考解析也是本题的一个答案。另外, 上面解析中涉及到的内容在新教材中都能找到, 复数的三角表示和复数的乘法法则在人教 A 版数学必修第二册第七章, 7.3 节选学部分 P83; 棣莫弗定理和 1 的 次方根在人教 A 版数学必修第二册第七章 P91; 高次韦达定理 (代数基本定
理)在人教 版数学必修第二册 P81
五、1的 次方根与周期数列新定义压轴
该题选自宁波“十校”2025 届高三 3 月联考第 19 题,虽是新定义题目,但是新定义的“周期数列”,同学们可以非常容易的接受并理解,没有任何高等背景的内容。总的来说,该题还是比较新颖的。
此题第(1)(2)问比较简单,但第(3)问证不是周期数列就稍微有点难了!参考答案给的是利用三角函数构造, 这一点虽然比较难想, 但是也应该能够联想到三角函数同样也存在周期性! 这样周期数列的通项就有可能用三角函数表示,例如在人教 版新教材选择性必修二刚开始讲数列的概念第 4 页中就有让画数列 的图像的例题,这就是利用三角函数表示周期数列通项的一个典型的例子!
除此之外, 在教材中, 同学们还能想到其它有周期性的东西吗? 同学们可能脱口而出的就是周期函数! 但是函数是连续的,如果考虑定义域是分散的,比如 ,这不就还是数列了
嘛! 课本上存在周期性的其实还有一个, 次单位根 (即 1 的 次方根),其周期为恰为 . 这个知识点出现在人教 A 版新教材必修第二册 P91 阅读与思考中!
【宁波“十校”25 届高三 3 月联考 19】对于数列 ,若存在正整数 ,使得从数列 的第 项起,恒有 成立,则称数列 为第 项起的周期为 的周期数列。
(1) 已知数列 满足 ,且 ,证明:3是 的一个周期.
(2)已知数列 (其中 不全为0, ,证明: 存在正整数 ,使得 时, 成立,并求出满足条件的一个周期 .
(3)已知数列 ,
求证: 不是周期数列.
下面利用大致用 1 的 次方根进行进行分析,并不严谨,仅仅给同学们开开眼界
( 3 )题设中给的是分式递推式
可以用不动点法求其通项
设 ,解得
所以
所以
即
所以数列 是以首项为 ,公比为 的等比数列
所以
如果 是周期数列,则 也是周期数列
因为其表达式为复数的 次方的形式,所以可以联想到 1 的 次方根呈周期性的性质。
如果 是 1 的 次方根,则任何一个单位根都可以写成其幂的形式,那么该数列就是周期数列。但 是 1 的 次方根吗?
设
由常用正余弦角度可知,
由于 并不能整除
因此 不是 1 的 次方根
六、更多模考中的复数新定义压轴
【天域全国名校协作体 25 届高三下联考 T10】已知方程 在复数范围内有 个根,且这 个根在复平面上对应的点将复数是方程 的根的是
A. 1 B. i C. D.
解析: 1 的 18 次方根共有 18 个, 分别是
其中,
故选 ACD.
【浙江 9+1 高中联盟 25 届高三 11 月期中 T19】一般地,任何一个复数 可以写成 ,其中 是复数的模, 是以 轴非负半轴为始边,射线 为终边的角,称为复数的辅角. 我们规定在 范围内的辅角称为辅角主值,通常记作 ,如 .
发现 ,就是说两个复数相乘, 积的模等于各复数模的积, 积的辅角等于各复数辅角的和.
考虑如下操作:从写有实数 的三张卡片中随机抽取两张,将卡片上的两个数依次作为一个复数的实部和虚部. 设 为正整数,重复 次上述操作,可得到 个复数,将它们的乘积记为 . (1)写出一次操作后所有可能的复数;
(2)当 ,记 的取值为 ,求 的分布列;
(3)求 为实数的概率 .
解析:
(1)一次操作后可能的复数为
(2)一次操作后复数的模所有可能的取值为是
由 ,故 的取值为
所以 的分布列为
(3) 若 为实数,则 或 .
而 1, i, 的辅角主值分别是
设在 次操作中,得到 的次数为 ,得到 的次数为 ,得到 的次数为
因此
设
因此,所有的概率 即为 是 3 的倍数的概率,下面研究 与 之间的关系.
① 是 3 的倍数,且第 次操作得到的复数是 1, i, (概率为 )
② 被 3 除余 1,且第 次操作得到的复数是 (概率为 )
③ 被 3 除余 2,且第 次操作得到的复数是 (概率为 )
因此由全概率公式可以得到
又 ,故
【长沙雅礼中学 25 届高三上月考(一)T19】复数 可用点 表示,这个建立了直角坐标系来表示复数的平面叫做复平面, 轴叫做实轴, 轴叫做虚轴. 显然,实轴上的点都表示实数; 除了原点外,虚轴上的点都表示纯虚数. 按照这种表示方法, 每一个复数, 有复平面内唯一的一个点和它对应, 反过来,复平面内的每一个点,有唯一的一个复数和它对应. 一般地,任何一个复数 都可以表示成 的形式,即 其中 为复数 的模, 叫做复数 的辐角 (以 非负半轴为始边, 所在射线为终边的角),我们规定 范围内的辐角 的值为辐角的主值,记作 叫做复数 的三角形式. 复数三角形式的乘法公式:
棣莫佛提出了公式:
其中 .
(1)已知 ,求 的三角形式;
(2)已知 为定值, ,将复数 化为三角形式;
( 3 )设复平面上单位圆内接正二十边形的20个顶点对应的复数依次为 , 求复数 所对应不同点的个数. 解析: (1)
(2)
( 3 )正二十边形每边所对的中心角为 , 设 ( 为常数) 则
其中 所以
由周期性可知, 共有 5 个不同的值
故复数 所对应不同点的个数为 5 .
【海南琼海 24 高一下质监三 T19】任意一个复数 的代数形式都可写成复数三角形式,即 ,其中 为虚数单位,
棣莫弗定理由法国数学家棣莫弗(1667~1754)创立. 设两个复数用三角函数形式表示
为: ,则
如果令 ,则能导出复数乘方公式:
请用以上知识解决以下问题
(1)试将 写成三角形式;
(2)试应用复数乘方公式推导三倍角公式: ;
( 3 )记 ,由棣莫弗定理得
从而得 ,我们称复数
为 1 在复数域内的三次方根.
若 为 64 在复数域内的 6 次方根. 求 取值构成的集合,其中 . 解析:
(1)
(2)设模为 1 的复数为 ,则
由复数乘方公式可得
故
(3) 记
由棣莫弗定理得
从而得
,
所以 64 在复数域内的 6 次方根为
设 ,其中 ,
代入计算可得, ,即 取值构成的集合为 .
【24 届深圳中学预测卷 T19】根据代数基本定理,给定正整数 ,方程 有 个复数根,分别是 ,这些根称为 次单位根,此时有 . 当 与 互质时, 称为 次本原单位根。 次本原单位根的另一个等价定义是,若 ,且不存在小于 的正整数 使得 ,则称复数 为 次本原单位根.
给定正整数 ,我们定义 级分圆多项式 ,其中 ,
是全部 次本原单位根.
(1)写出 ,并化简.
(2)若 是质数(或称素数),求出 并化成最简形式.
( 3 )探究是否存在正整数 和 使得 对任意复数 恒成立.
解析:
(1)
当 时,与 6 互质且小于等于 6 的正整数只有 1 和 5 , 从而
(2)当 是质数时,与 互质且小于等于 的正整数有 ,只有 与自己不互质. 根据分圆多项式的定义,有
其中
由题意得
从而
(3)不存在,采用反证法
假设存在正整数 和 使得 对任意复数 恒成立.
若 为 次本原单位根,则 且 ,从而有
若 ,则 ,则存在 使得 ,
即 成立
从而 为 次本原单位根, .
根据本原单位根的等价定义,此时必有 ,否则可导出矛盾.
这时我们有 ,因此 ,但这是不可能的.
同理若 ,我们也可以得出矛盾.
从而不存在正整数 和 使得 对任意复数 恒成立.
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回归新教材系列——复数与 的 次方根
的 次方根出现在人教 版新教材必修二 的阅读与思考(如下图)。这个点在今年模考中多次出现,无论小题还是新定义压轴都有涉及。
一、新教材中的 1 的 𝑛 次方根
1、教材原内容
2、复数的三角形式
3、复数的乘法法则
4、再详细介绍一下棣莫佛定理
二、1 的 𝑛 次方根及其性质
1、定义
2、5性质
三、隐含 1 的 𝑛 次方根的新定义题
1、这道隐含 𝑛 次单位根题解析
2、常规二项式展开式系数和
3、二项式展开式间隔项系数和拓展问题
四、1 的 𝑛 次方根与三角函数新定义压轴
五、1 的 𝑛 次方根与周期数列新定义压轴
六、更多模考中的复数新定义压轴
一、新教材中的 的 次方根
1、教材原内容
2、复数的三角形式
复数的三角形式在新教材中是带 * 的选学内容,位于人教A版数学必修第二册第七章,7.3节(P83)如下图。
3、复数的乘法法则
复数三角形式的乘法法则(棣莫佛定理)在新教材上也有,P86,如下图。
4、再详细介绍一下棣莫佛定理
【棣莫佛定理】 棣莫佛定理其实就是复数三角形式的乘法法则,指的是:设两个复数 , ,则
证明: 因为 ,
所以
该定理可以推广为一般形式
【推广形式】设 个复数 , ,, ,则
【乘方形式】 在一般形式中如果令 ,则能导出复数乘方公式
证明:
法一:数学归纳法
① 当 时,等式显然成立
② 设当 时等式成立,则当 时
即当 时等式也成立
综上,对于任意正整数 ,都有
法二:欧拉公式
所以
(1) 指数函数 ,其任意阶导数 ,在 处泰勒展开
(2) 三角函数 和 ,在 处泰勒展开
这里便可以利用以上三式证明世界上最美丽的公式,欧拉公式: 。
首先,将 的泰勒展开式中 替换成 ( 为虚数单位)得到
观察此式,你会惊奇发现等号右侧不正是 和 泰勒展开式的线性组合吗?即
再令 ,即可得到 ,移项即为欧拉公式。
二、 的 次方根及其性质
1、定义
【定义】在复数范围内, 的 次方根,或叫 次单位根,简称单位根,共有 个,分别是
或
注: 前者是三角形式,后者是指数形式(要用到欧拉公式)
设复数 (),是 的 次方根,则 ,则
因为相等的复数的模相等,辐角可以相差 的整数倍,所以
因此 的 次方根是
2、5性质
【性质1】 对于 ,
都是 的 次方根,即 ,但相异的只有 个。
注: 例如取 ,,,, 时,就得到 个不同的 次单位根。当 ( ,,,,,)时, 。
【性质2】 ,(,,,,)
注: 次单位根的模为
【性质3】 (, 为任意整数)
注: 两个 次单位根 , 的乘积仍是一个 次单位根,由此可得
①
② (, 为任意整数,当 时, )。
③ 对任何整数 、,
④ 对任何整数 、, 的充分必要条件是 ,即 与 除以 后余数相同。
⑤ ,即任何一个单位根都可以写成 的幂,有这种性质的 次单位根 称为 次本原单位根,简称 次原根或原根,当 与 互素且 时,都是 次原根。
⑥ (一个 次单位根的共轭复数也是一个 次单位根)
【性质4】 对任何整数 ,
注: 表示 整除 ,即 是 的整数倍; 则表示 不是 的整数倍。由此可得
① 全部单位根的和为 ,即
② 设 次单位根 ,则
【性质5】全部单位根把复平面上的单位圆周() 等分,构成了外接圆半径为 的正 边形的顶点,其中一个顶点是 ,如图 1 所示。
图 1
三、隐含 的 次方根的新定义题
该题来自江西南昌2025届高三第一次模拟测试第19题。该题还是非常新颖的,是一道不错的新定义题,第(3)问涉及到的二项式系数和与以往常见的形式不一样,即将常见的奇偶项(间隔 项)系数求和拓展到了间隔 项,不知道考场上的同学有多少能想到。另外,这种二项式间隔 ( )项系数求和与教材拓展阅读中的 的 次方根有关!
1、这道隐含 次单位根题解析
【江西南昌25届高三一模T19】通过抛掷骰子产生随机数列 ,具体产生方式为:若第 ( ,,,,)次抛掷得到点数 ( ,,,,,),则 . 记数列 的前 项和为 , 为 除以 的余数.
(1) 若 ,求 的概率;
(2) 若 ,比较 与 的大小,说明理由;
(3) 若 ,设 ,试确定该展开式中各项系数与事件 ( , )的联系,并求 的概率.
解析:
(1)
(2)
①
②
(3)
注: 此题第 (3) 考的就是二项式系数和赋值技巧,在以往的题目中基本都是赋 即可,但这道题赋了虚数单位 ,很新颖!其实,这里的 , 都是 的 次方根!
2、常规二项式展开式系数和
(1) 设
二项式定理是一个恒等式,即对 , 的一切值都成立,可以根据具体问题的需要灵活选取 , 的值.
① 令 ,可得
② 令 , ,可得
则
③ 假设 为偶数,再结合 ① 可得
(2) 若 ,则
(i) 求常数项可令 ,得
(ii) 求各项系数和,可令 ,得
(iii) 求奇、偶次项的系数和
① 当 为偶数时,偶次项的系数和为
奇次项的系数和为
② 当 为奇数时,偶次项的系数和为
奇次项的系数和为
3、二项式展开式间隔项系数和拓展问题
注: 当所要求的二项式展开式系数和,间隔两项及以上的如何解决呢?也就是拓展自南昌一模的问题,即
【二项式展开式各项系数和拓展问题】 设
若 , ,求
其中, 表示不超过 的最大整数.
解析:
(1)
(2)
注:
图 2 图 3
(3)
(4)
图 4 图 5
(5)
(6)
注: 模考中可能考的拓展情形就是 了,因为这种情况下赋值是 , , , ,有可能计算出来具体的数值,类似于南昌一模这道题。但是,其他情形下, 就比较复杂了,比如 的 次方根 , ,代入 并不好计算出具体数值。
四、 的 次方根与三角函数新定义压轴
【广东25届毕业班二调T19】已知集合 , ,设函数
.
(1) 当 和 时,分别判断函数 是否是常数函数?说明理由;
(2) 已知 ,求函数 是常函数的概率;
(3) 写出函数 ( ) 是常函数的一个充分条件,并说明理由
解析:
(1)(2)
(3)
注: 该题让求的是一个充分条件,满足题设即可,并不要求求出所有满足条件的答案,参考解析也是本题的一个答案。另外,上面解析中涉及到的内容在新教材中都能找到,复数的三角表示和复数的乘法法则在人教A版数学必修第二册第七章,7.3节选学部分 ;棣莫弗定理和 的 次方根在人教A版数学必修第二册第七章 ;高次韦达定理(代数基本定理)在人教 版数学必修第二册
五、 的 次方根与周期数列新定义压轴
该题选自宁波“十校”2025届高三3月联考第19题,虽是新定义题目,但是新定义的“周期数列”,同学们可以非常容易的接受并理解,没有任何高等背景的内容。总的来说,该题还是比较新颖的。
此题第(1)(2)问比较简单,但第(3)问证不是周期数列就稍微有点难了!参考答案给的是利用三角函数构造,这一点虽然比较难想,但是也应该能够联想到三角函数同样也存在周期性!这样周期数列的通项就有可能用三角函数表示,例如在人教A版新教材选择性必修二刚开始讲数列的概念第4页中就有让画数列 的图像的例题,这就是利用三角函数表示周期数列通项的一个典型的例子!
除此之外,在教材中,同学们还能想到其它有周期性的东西吗?同学们可能脱口而出的就是周期函数!但是函数是连续的,如果考虑定义域是分散的,比如 ,这不就还是数列了嘛!课本上存在周期性的其实还有一个, 次单位根(即 的 次方根),其周期为恰为 . 这个知识点出现在人教A版新教材必修第二册 阅读与思考中!
【宁波“十校”25届高三3月联考19】对于数列 ,若存在正整数 ,使得从数列 的第 项起,恒有 ( )成立,则称数列 为第 项起的周期为 的周期数列。
(1) 已知数列 满足 ,且 ,证明: 是 的一个周期.
(2) 已知数列 , , (其中 , ,, 不全为 ), ( ),证明:存在正整数 ,使得 时, ( )成立,并求出满足条件的一个周期 .
(3) 已知数列 , ,
求证: 不是周期数列.
解析: (1) (2) (3)
六、更多模考中的复数新定义压轴
【天域全国名校协作体25届高三下联考T10】已知方程 在复数范围内有 个根,且这 个根在复平面上对应的点将
复数是方程 的根的是
解析:
【浙江9+1高中联盟25届高三11月期中T19】一般地,任何一个复数 (, ) 可以写成 ,其中 是复数的模, 是以 轴非负半轴为始边,射线 为终边的角,称为复数的辅角. 我们规定在 范围内的辅角称为辅角主值,通常记作 ,如 , , .
发现 ,就是说两个复数相乘,积的模等于各复数模的积,积的辅角等于各复数辅角的和.
考虑如下操作:从写有实数 ,, 的三张卡片中随机抽取两张,将卡片上的两个数依次作为一个复数的实部和虚部. 设 为正整数,重复 次上述操作,可得到 个复数,将它们的乘积记为 .
(1) 写出一次操作后所有可能的复数;
(2) 当 ,记 的取值为 ,求 的分布列;
(3) 求 为实数的概率 .
解析:
(1)
(2)
(3)
【长沙雅礼中学25届高三上月考(一)T19】 复数 ( )可用点 表示,这个建立了直角坐标系来表示复数的平面叫做复平面, 轴叫做实轴, 轴叫做虚轴 . 显然,实轴上的点都表示实数;除了原点外,虚轴上的点都表示纯虚数 . 按照这种表示方法,每一个复数,有复平面内唯一的一个点和它对应,反过来,复平面内的每一个点,有唯一的一个复数和它对应 . 一般地,任何一个复数 都可以表示成 的形式, 即 其中 为复数 的 模 , 叫做复数 的辐角(以 非负半轴为始边, 所在射线为终边的角),我们规定 范围内的辐角 的值为辐角的主值,记作 . 叫做复数 的三角形式.
复数三角形式的乘法公式:
棣莫佛提出了公式:
其中 ,
(1) 已知 , ,求 的三角形式;
(2) 已知 为定值, ,将复数 化为三角形式;
(3) 设复平面上单位圆内接正二十边形的 个顶点对应的复数依次为 ,,,,求复数 ,,, 所对应不同点的个数.
解析:
(1)
(2)
(3)
【海南琼海24高一下质监三T19】任意一个复数 的代数形式都可写成复数三角形式,即 ,其中 为虚数单位, , .
棣莫弗定理由法国数学家棣莫弗 ( )创立 . 设两个复数用三角函数形式表示为: , ,则
如果令 ,则能导出复数乘方公式:
请用以上知识解决以下问题
(1) 试将 写成三角形式;
(2) 试应用复数乘方公式推导三倍角公式: , ;
(3) 记 ,由棣莫弗定理得
从而得 ,我们称复数
为 在复数域内的三次方根 .
若 为 在复数域内的 次方根 . 求 取值构成的集合,其中 , .
解析:
(1)
(2)
(3)
【24届深圳中学预测卷T19】根据代数基本定理,给定正整数 ,方程 有 个复数根,分别是 , ,这些根称为 次单位根,此时有 . 当 与 互质时, 称为 次本原单位根。 次本原单位根的另一个等价定义是,若 ,且不存在小于 的正整数 使得 ,则称复数 为 次本原单位根 .
给定正整数 ,我们定义 级分圆多项式 ,其中 ,,, 是全部 次本原单位根.
(1) 写出 ,,,并化简 .
(2) 若 是质数(或称素数),求出 并化成最简形式.
(3) 探究是否存在正整数 和 使得 对任意复数 恒成立.
解析:
(1)
(2)
(3)
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