Bài 12 trang 191 SGK Đại số và Giải tích 12 Nâng cao

Xác định tập hợp các điểm trong mặt phẳng phức biểu diễn các số phức \(z\) thỏa mãn từng điều kiện sau:

LG a

\(z^2\) là số thực âm;

Phương pháp giải:

Giả sử \(z=x+yi\), thay vào điều kiện bài cho tìm mối liên hệ x,y.

Lời giải chi tiết:

Giả sử \(z=x+yi\)

\({z^2} = {\left( {x + yi} \right)^2} = {x^2} - {y^2} + 2xyi\)

\(z^2\) là số thực âm

\( \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}
xy = 0\\
{x^2} - {y^2} < 0
\end{array} \right. \) \(\Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}
\left[ \begin{array}{l}
x = 0\\
y = 0
\end{array} \right.\\
{x^2} < {y^2}
\end{array} \right. \) \(\Leftrightarrow \left[ \begin{array}{l}
\left\{ \begin{array}{l}
x = 0\\
0 < {y^2}
\end{array} \right.\\
\left\{ \begin{array}{l}
y = 0\\
{x^2} < 0\left( {VN} \right)
\end{array} \right.
\end{array} \right. \) \( \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}
x = 0\\
y \ne 0
\end{array} \right.\)

Vậy tập hợp các điểm cần tìm là trục \(Oy\) trừ điểm \(O\).

LG b

\(z^2\) là là số ảo;

Lời giải chi tiết:

\({z^2} = {x^2} - {y^2} + 2xyi\)

\(z^2\) là số ảo \( \Leftrightarrow {x^2} - {y^2} = 0 \Leftrightarrow x = y\) hoặc \(y = -x\)

Vậy tập hợp các điểm cần tìm là hai đường phân giác của các gốc tọa độ.

LG c

\({z^2} = {\left( {\overline z } \right)^2}\);

Lời giải chi tiết:

\(z = x + yi \Rightarrow \overline z  = x - yi\)

Ta có \({z^2} = {\left( {\overline z } \right)^2} \) \(\Leftrightarrow {x^2} - {y^2} + 2xyi ={x^2} - {y^2} - 2xyi\) \(\Leftrightarrow xy = 0 \) \(\Leftrightarrow \left[ \matrix{  x = 0 \hfill \cr  y = 0 \hfill \cr}  \right.\)

Vậy tập hợp các điểm cần tìm là các trục tọa độ.

LG d

\({1 \over {z - i}}\) là số ảo.

Lời giải chi tiết:

Ta có:

\(\begin{array}{l}
\dfrac{1}{{z - i}} = \dfrac{1}{{x + yi - i}} = \dfrac{1}{{x + \left( {y - 1} \right)i}}\\
= \dfrac{{x - \left( {y - 1} \right)i}}{{\left[ {x + \left( {y - 1} \right)i} \right]\left[ {x - \left( {y - 1} \right)i} \right]}}\\
= \dfrac{{x - \left( {y - 1} \right)i}}{{{x^2} + {{\left( {y - 1} \right)}^2}}}\\
= \dfrac{x}{{{x^2} + {{\left( {y - 1} \right)}^2}}} - \dfrac{{y - 1}}{{{x^2} + {{\left( {y - 1} \right)}^2}}}i
\end{array}\)

\(\dfrac{1}{{z - i}}\) là số ảo nếu:

\(\begin{array}{l}
\dfrac{x}{{{x^2} + {{\left( {y - 1} \right)}^2}}} = 0\\
\Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}
x = 0\\
{x^2} + {\left( {y - 1} \right)^2} \ne 0
\end{array} \right.\\
\Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}
x = 0\\
{\left( {y - 1} \right)^2} \ne 0
\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}
x = 0\\
y \ne 1
\end{array} \right.
\end{array}\)

Vậy tập hợp các điểm cầm tìm là trục ảo trừ điểm \(I(0; 1)\) biểu diễn số \(i\).

Cách khác:

\({1 \over {z - i}}\) là số ảo \( \Leftrightarrow z - i\) là số ảo và \(z \ne i \Leftrightarrow z\) là số ảo khác i.

Vậy tập hợp các điểm cầm tìm là trục ảo trừ điểm \(I(0; 1)\) biểu diễn số \(i\).