复数 zz 满足方程 f(z)=0\mathrm{f}(z) = 0,其中
f(z)=(1−ai)z2−2iz−10−20i\mathrm{f}(z) = (1 - a\mathrm{i})z^2 - 2\mathrm{i}z - 10 - 20\mathrm{i}
且 aa 是一个实数。已知其中一个根的形式为 1+bi1 + b\mathrm{i},其中 bb 是一个整数。

  1. (i)

    证明 bb 满足方程
    b4−2b3+12b2−42b−9=0.b^4 - 2b^3 + 12b^2 - 42b - 9 = 0.

  2. (ii)

    由此求出 aa 和 bb 的值,以及 f(z)=0\mathrm{f}(z) = 0 的另一个根。

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完整解法

5(i)

1. Substitute $z = 1 + b\mathrm{i}$ into the given equation and expand the squared term.

f(1+bi)=(1−ai)(1+bi)2−2i(1+bi)−10−20i=0\mathrm{f}(1+b\mathrm{i}) = (1 - a\mathrm{i})(1 + b\mathrm{i})^2 - 2\mathrm{i}(1 + b\mathrm{i}) - 10 - 20\mathrm{i} = 0
(1−ai)(1−b2+2bi)−2i−2bi2−10−20i=0(1 - a\mathrm{i})(1 - b^2 + 2b\mathrm{i}) - 2\mathrm{i} - 2b\mathrm{i}^2 - 10 - 20\mathrm{i} = 0
(1−ai)(1−b2+2bi)−2i+2b−10−20i=0(1 - a\mathrm{i})(1 - b^2 + 2b\mathrm{i}) - 2\mathrm{i} + 2b - 10 - 20\mathrm{i} = 0

2. Expand the product and group the real and imaginary parts.

(1−b2)+2bi−a(1−b2)i−2abi2+2b−10−22i=0(1 - b^2) + 2b\mathrm{i} - a(1 - b^2)\mathrm{i} - 2ab\mathrm{i}^2 + 2b - 10 - 22\mathrm{i} = 0
(1−b2+2ab+2b−10)+i(2b−a(1−b2)−22)=0(1 - b^2 + 2ab + 2b - 10) + \mathrm{i}(2b - a(1 - b^2) - 22) = 0
(−b2+2ab+2b−9)+i(2b−a(1−b2)−22)=0(-b^2 + 2ab + 2b - 9) + \mathrm{i}(2b - a(1 - b^2) - 22) = 0

3. Equate the real and imaginary parts to zero to form two equations.

For a complex number to be zero, both its real and imaginary parts must be zero.
Real part:
−b2+2ab+2b−9=0  ⟹  2ab=b2−2b+9— (1)-b^2 + 2ab + 2b - 9 = 0 \implies 2ab = b^2 - 2b + 9 \quad \text{--- (1)}
Imaginary part:
2b−a(1−b2)−22=0  ⟹  a(1−b2)=2b−22— (2)2b - a(1 - b^2) - 22 = 0 \implies a(1 - b^2) = 2b - 22 \quad \text{--- (2)}

4. Eliminate $a$ to show the required equation for $b$.

Multiply equation (1) by (1−b2)(1 - b^2):
2ab(1−b2)=(b2−2b+9)(1−b2)2ab(1 - b^2) = (b^2 - 2b + 9)(1 - b^2)
Multiply equation (2) by 2b2b:
2ab(1−b2)=2b(2b−22)=4b2−44b2ab(1 - b^2) = 2b(2b - 22) = 4b^2 - 44b
Equating the two expressions for 2ab(1−b2)2ab(1 - b^2):
4b2−44b=(b2−2b+9)(1−b2)4b^2 - 44b = (b^2 - 2b + 9)(1 - b^2)
4b2−44b=b2−b4−2b+2b3+9−9b24b^2 - 44b = b^2 - b^4 - 2b + 2b^3 + 9 - 9b^2
4b2−44b=−b4+2b3−8b2−2b+94b^2 - 44b = -b^4 + 2b^3 - 8b^2 - 2b + 9
Rearranging all terms to one side:
b4−2b3+12b2−42b−9=0(shown)b^4 - 2b^3 + 12b^2 - 42b - 9 = 0 \quad \text{(shown)}

答案

b4−2b3+12b2−42b−9=0b^4 - 2b^3 + 12b^2 - 42b - 9 = 0

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