공통수학1복소수수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

조건을 만족시키는 복소수 구하기

문제

복소수 zz에 대하여 zzi\displaystyle \frac{z - \overline{z}}{i}가 음수이고 z1+z2\displaystyle \frac{z}{1 + z ^{2}}z21+z\displaystyle \frac{z ^{2}}{1 + z}이 모두 실수일 때, zz의 값은? (단, z\displaystyle \overline{z}zz의 켤레복소수이고 ii는 허수단위이다.) 1232i\displaystyle \frac{1}{2} - \frac{\sqrt{3}}{2} i1232i\displaystyle - \frac{1}{2} - \frac{\sqrt{3}}{2} i32i2\displaystyle - \frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{i}{2}12+32i\displaystyle - \frac{1}{2} + \frac{\sqrt{3}}{2} i32i2\displaystyle \frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{i}{2}

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해설

zzi<0\displaystyle \frac{z - \overline{z}}{i} < 0이므로 zz0\displaystyle z - \overline{z} \ne 0 z1+z2\displaystyle \frac{z}{1 + z ^{2}}이 실수이므로 z1+z2\displaystyle \frac{z}{1 + z ^{2}}=z1+z2\displaystyle = \overline{\frac{z}{1 + z ^{2}}} 즉, z1+z2\displaystyle \frac{z}{1 + z ^{2}}=z1+z2\displaystyle = \frac{\overline{z}}{1 + {\overline{z}} ^{2}} z+zz2zz2z=0\displaystyle z + z {\overline{z}} ^{2} - z - z ^{2} \overline{z} = 0 즉, (zz)(zz1)=0\displaystyle ( z - \overline{z} ) ( z \overline{z} - 1 ) = 0 zz=1\displaystyle \therefore z \overline{z} = 1 (∵ zz0\displaystyle z - \overline{z} \ne 0) 또한, z21+z\displaystyle \frac{z ^{2}}{1 + z}이 실수이므로 z21+z\displaystyle \frac{z ^{2}}{1 + z}=z21+z\displaystyle = \overline{\frac{z ^{2}}{1 + z}} 즉, z21+z\displaystyle \frac{z ^{2}}{1 + z}=z21+z\displaystyle = \frac{{\overline{z}} ^{2}}{1 + {\overline{z}}} z2+z2zz2zz2=0\displaystyle z ^{2} + z ^{2} \overline{z} - {\overline{z}} ^{2} - z {\overline{z}} ^{2} = 0 즉, (zz)(z+z+zz)=0\displaystyle ( z - \overline{z} ) ( z + \overline{z} + z \overline{z} ) = 0z+z=zz=1\displaystyle z + \overline{z} = - z \overline{z} = - 1 (∵ zz0\displaystyle z - \overline{z} \ne 0, zz=1\displaystyle z \overline{z} = 1) zz, z\displaystyle \overline{z}를 두 근으로 하는 이차방정식은 x2+x+1=0x ^{2} + x + 1 = 0 x=1±3i2\displaystyle \therefore x = \frac{- 1 \pm \sqrt{3} i}{2} zzi<0\displaystyle \frac{z - \overline{z}}{i} < 0이어야 하므로 z=13i2\displaystyle z = \frac{- 1 - \sqrt{3} i}{2}

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