공통수학1복소수수능 기출발전 문제 (3점 후반~4점 초반)

i 의 거듭제곱과 사각형

문제

두 실수 xx, yy 에 대하여 복소수 x+yix + yi를 좌표평면 위의 점 (x,y)( x , y )에 대응시킨다. 예를 들면, 3+2i3 + 2 i를 점 (3,2)( 3 , 2 )에 대응시키고, 3i- 3 i를 점 (0,3)( 0 , - 3 )에 대응시킨다. 자연수 nn에 대하여 복소수 (3+4i)×in( 3 + 4 i ) \times i ^{n}을 대응시킨 점을 Pn\mathrm{P} \mathit{\mathrm{_{n}}}이라 할 때, 네 점 P1\mathrm{P} \mathit{\mathrm{_{1}}} , P2\mathrm{P} \mathit{\mathrm{_{2}}} , P3\mathrm{P} \mathit{\mathrm{_{3}}} , P4\mathrm{P} \mathit{\mathrm{_{4}}} 를 꼭지점으로 하는 사각형의 넓이를 구하시오. (단, i=1\displaystyle i = \sqrt{- 1}이다.) [4점]

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해설

[출제의도] 복소수의 계산과 좌표평면 위에서 주어진 점들을 꼭지점으로 하는 사각형의 넓이를 구할 수 있는가를 묻는 문제이다. ⅰ) n=1n = 1일 때 (3+4i)×i=4+3i( 3 + 4 i ) \times i = - 4 + 3 i이므로 P1(4,3)\mathrm{P} \mathit{\mathrm{_{1}}} ( - 4 , 3 ) ⅱ) n=2n = 2일 때 (3+4i)×i2=34i( 3 + 4 i ) \times i ^{2} = - 3 - 4 i이므로 P2(3,4)\mathrm{P} \mathit{\mathrm{_{2}}} ( - 3 , - 4 ) ⅲ) n=3n = 3일 때 (3+4i)×i3=43i( 3 + 4 i ) \times i ^{3} = 4 - 3 i이므로 P3(4,3)\mathrm{P} \mathit{\mathrm{_{3}}} ( 4 , - 3 ) ⅳ) n=4n = 4일 때 (3+4i)×i4=3+4i( 3 + 4 i ) \times i ^{4} = 3 + 4 i이므로 P4(3,4)\mathrm{P} \mathit{\mathrm{_{4}}} ( 3 , 4 ) 네 점 P1\mathrm{P} \mathit{\mathrm{_{1}}}, P2\mathrm{P} \mathit{\mathrm{_{2}}}, P3\mathrm{P} \mathit{\mathrm{_{3}}}, P4\mathrm{P} \mathit{\mathrm{_{4}}}를 꼭지점으로 하는 사각형은 한 변의 길이가 52\displaystyle 5 \sqrt{2}인 정사각형이다. 따라서 구하는 사각형의 넓이는 (52)2=50\displaystyle ( 5 \sqrt{2} ) ^{2} = 50이다.

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