御藍教育/段考卷/高三

段考詳解範圍:複數與多項式方程式(複數的運算、複數平面、極式與棣美弗定理、n 次方根、實係數多項式方程式)

高師大附中 114 上
高三第二次段考
數學試題、答案與詳解

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01 · 試題

原卷 17 題,照原卷順序

多重選擇題 5 題(每題 6 分,共 30 分)、填充題 12 題(依答對題數累計給分,共 70 分),合計 100 分;填充題答對 1~12 題依序得 8、16、24、32、40、46、52、58、62、66、68、70 分。原卷填充題題號 1~12,本頁依序編為第 6~17 題。答案已與學校公布的答案逐題核對。

一、多重選擇題(共 30 分。每題至少有一個選項正確,全對得 6 分,答錯一個選項得 4 分,答錯兩個選項得 2 分,其他情形得 0 分)
1
下列何者正確?
  1. (1) −11​​=−1​1​​
  2. (2) −11​​=i1​
  3. (3) i2<0
  4. (4) i+i1​=i3+i31​
  5. (5) 1+i+i2+⋯+i100=0
2
設 a, b 均為複數,下列何者正確?
  1. (1) ∣a∣2=a⋅a
  2. (2) 若 a2+b2=0,則 a=0 且 b=0
  3. (3) 若 a+b>0 且 ab>0,則 a>0 且 b>0
  4. (4) 若 a+bi=0,則 a=0 且 b=0
  5. (5) 將所有滿足 ∣a−1∣=∣1−i∣ 的 a 畫到複數平面上的圖形是一個圓
3
已知 f(x)=x5+x4+x3+x2+x+1,且 ω 為 f(x)=0 的一根。下列何者正確?
  1. (1) f(x)=0 的五個根為 ω, ω2, ω3, ω4, ω5
  2. (2) ω6=1
  3. (3) (1−ω)(1−ω2)(1−ω3)(1−ω4)(1−ω5)=6
  4. (4) 在複數平面上,以 f(x)=0 的五個根為頂點的五邊形是正五邊形
  5. (5) 在複數平面上,以 f(x)=0 的五個根為頂點的五邊形面積為 453​​
4
在複數平面上,設 z=cos20∘+isin20∘,若 A, B, C 三點的複數坐標分別為 z, z7, z13。下列何者正確?
  1. (1) 點 C 在第四象限
  2. (2) A, B, C 三點均在以原點為圓心的單位圓上
  3. (3) 若 OP=OA+OB,則點 P 在第一象限
  4. (4) △ABC 的周長為 33​
  5. (5) △ABC 的面積為 233​​
5
已知 f(x)=x4+ax3+bx2+cx+2,其中 a, b, c 均為正整數。下列何者正確?
  1. (1) f(x)=0 可能有正實根
  2. (2) f(x)=0 可能沒有實根
  3. (3) f(x)=0 一定有虛根
  4. (4) f(1)+f(−1) 的值是偶數
  5. (5) 若 a+c<b+3,則 f(x)=0 有一實根介於 −1 與 0 之間
二、填充題(共 70 分。全對才給分,計分如下)
6
設 α, β 為 x2+7x+4=0 的兩根,求 (α​+β​)2= ____。
7
設 a 為實數,若 x2−(a+i)x−2+2i=0 有實根,求 x= ____。
8
設 f(x)=x4−5x3+x2+ax+b 為實係數多項式,且知 f(i)=0,求 a+b= ____。
9
已知 f(x)=2x3−7x+8,求 f(2−i)= ____。
10
已知 f(x)=ax3+bx2+cx+d 為實係數多項式,若 f(1+2i)=3−4i,求 f(1−2i)= ____。
11
求 (1+i3​i−1​)8 之值為 ____。
12
若 z=(1+2i)(−2+i)3(4−3i)2​,則 ∣z∣= ____。
13
坐標平面上,O 為原點,點 A(1,3),依逆時針順序得正方形 OABC,則點 B 的坐標為 ____。
14
將 z=2(cosθ+isinθ),6π​≤θ≤32​π,畫到複數平面上,則所有 z 形成的曲線圖形長度為 ____。
15
已知 z=(21+3​i​)5+1,求數對 (∣z∣,Arg(z))= ____。
16
求滿足 z5=−i 的所有非零複數 z 中,其主幅角的最小可能值為 ____。
17
設 z 為複數,在複數平面上,一個正六邊形依順時針方向的連續三個頂點為 z, 0, z+5−23​i,求 z= ____。
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(3)(4)
第 2 題(1)(5)
第 3 題(2)(5)
第 4 題(2)(3)(4)
第 5 題(2)(4)
第 6 題−11
第 7 題2 或 −1+i(學校答案;若題意只求那個實根,則為 2)
第 8 題−5
第 9 題−2−15i
第 10 題3+4i
第 11 題−8−83​i
第 12 題1
第 13 題(−2,4)
第 14 題π
第 15 題(3​,611​π)
第 16 題103​π
第 17 題−27​+63​​i
03 · 勾錯題號

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04 · 逐題詳解

每一題,錯在哪一步

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01多選第 1、2 題:負數的平方根、複數不能套用的實數性質

第 1 題

答案 (3)(4)。

(1) 錯誤。 左邊 −11​​=−1​=i;右邊 −1​1​​=i1​=i2i​=−i。兩邊不相等。

(2) 錯誤。 左邊是 i,右邊 i1​=−i,不相等。

(3) 正確。 i2=−1 是實數,−1<0 成立。

(4) 正確。 i1​=−i,左邊 i+(−i)=0;i3=−i,i31​=−i1​=i,右邊 −i+i=0。兩邊都是 0。

(5) 錯誤。 ik 每四個一循環,相鄰四項 1+i−1−i=0。從 i0 到 i99 共 100 項,剛好 25 組,和為 0,剩下 i100=(i4)25=1,所以總和是 1。

根號相除 ba​​=b​a​​ 只在 a≥0、b>0 時才能確定成立;遇到負數先化成 i 再算。
第 2 題

答案 (1)(5)。

(1) 正確。 設 a=x+yi(x,y 為實數),a⋅a=(x+yi)(x−yi)=x2+y2=∣a∣2。

(2) 錯誤。 反例 a=1、b=i:a2+b2=1+(−1)=0,但 a,b 都不是 0。

(3) 錯誤。 反例 a=1+i、b=1−i:a+b=2>0,ab=1−i2=2>0,但 a,b 是虛數,不能說大於 0。

(4) 錯誤。 a,b 是複數時不能用「實部、虛部各為 0」。反例 a=i、b=−1:a+bi=i−i=0,但 a=0。

(5) 正確。 ∣1−i∣=2​,所以條件是 ∣a−1∣=2​:a 到點 1 的距離恆為 2​,圖形是以 1 為圓心、半徑 2​ 的圓。

「平方和為 0 則各為 0」與「a+bi=0 則 a=b=0」都要先知道 a,b 是實數才成立。
複數題看到「比大小」「平方和為 0」「實部虛部」這類實數才有的性質,先問一句:這些數是不是實數?

02多選第 3~5 題:1 的六次方根、單位圓上的三點、正整數係數方程式

第 3 題

答案 (2)(5)。

(x−1)f(x)=x6−1,所以 f(x)=0 的五個根是 1 以外的五個六次方根:cos3kπ​+isin3kπ​,k=1,2,3,4,5。題目只說 ω 是其中「一根」,不一定是 k=1 那一個。

(1) 錯誤。 取 ω=−1(k=3,f(−1)=1−1+1−1+1−1=0),則 ω2=1 不是 f(x)=0 的根。

(2) 正確。 ω 是 f(x)=0 的根,所以 ω6−1=(ω−1)f(ω)=0,ω6=1。

(3) 錯誤。 若 ω=cos3π​+isin3π​,則 ω,ω2,…,ω5 恰為五個根,f(x)=(x−ω)(x−ω2)⋯(x−ω5),代 x=1 得乘積 =f(1)=6。但取 ω=−1 時 1−ω2=0,乘積為 0=6,所以不一定成立。

(4) 錯誤。 五個根在單位圓上的位置是 60∘,120∘,180∘,240∘,300∘,相鄰兩根之間有四段圓心角 60∘(邊長 1),但 300∘ 到 60∘ 之間是 120∘(邊長 3​),邊長不全相等。

(5) 正確。 六個六次方根構成邊長 1 的正六邊形,面積 6×43​​=233​​。拿掉頂點 1 後,少了以 1、21​+23​​i、21​−23​​i 為頂點的三角形:底 3​、高 21​,面積 43​​。五邊形面積 233​​−43​​=453​​。

(1)(3) 都要 ω 是「次方會跑遍所有根」的那種根才成立;題目只給「一根」,舉 ω=−1 就能推翻。
第 4 題

答案 (2)(3)(4)。

由棣美弗定理,z7=cos140∘+isin140∘,z13=cos260∘+isin260∘。

(1) 錯誤。 180∘<260∘<270∘,點 C 在第三象限。

(2) 正確。 ∣z∣=1,所以 ∣z7∣=∣z13∣=1,三點都在單位圓上。

(3) 正確。 P 對應 z+z7,實部 cos20∘+cos140∘=cos20∘−cos40∘>0(0∘ 到 90∘ 之間餘弦遞減),虛部 sin20∘+sin140∘>0,所以 P 在第一象限。

(4) 正確。 三點的幅角 20∘,140∘,260∘ 兩兩相差 120∘,△ABC 是內接於單位圓的正三角形,邊長 2sin60∘=3​,周長 33​。

(5) 錯誤。 正三角形邊長 3​,面積 43​​×3=433​​,不是 233​​。

(3) 也可以看成:OA、OB 等長,OA+OB 落在 ∠AOB 的平分線上,幅角是 220∘+140∘​=80∘。
第 5 題

答案 (2)(4)。

(1) 錯誤。 x>0 時每一項 x4,ax3,bx2,cx,2 都大於 0,f(x)>0,不可能有正實根。

(2) 正確。 取 a=b=c=1:f(x)=x4+x3+x2+x+2=(x2+2x​)2+43​(x+32​)2+35​>0,對所有實數 x 都成立,所以沒有實根。

(3) 錯誤。 反例 (x+1)3(x+2)=x4+5x3+9x2+7x+2,a=5,b=9,c=7 都是正整數,但四個根 −1,−1,−1,−2 都是實根。

(4) 正確。 f(1)=3+a+b+c,f(−1)=3−a+b−c,相加 f(1)+f(−1)=6+2b,是偶數。

(5) 錯誤。 a+c<b+3 等價於 f(−1)=3+b−a−c>0,而 f(0)=2>0,兩端同號,勘根定理推不出中間有根。反例 a=b=c=1 滿足 1+1<1+3,由 (2) 知 f(x)=0 根本沒有實根。

勘根定理要兩端「異號」才能確定中間有根;同號時什麼也不能確定。
判斷「一定」「可能」的選項:「可能」舉一個例子就成立,「一定」舉一個反例就推翻。

03填充 1~5(第 6~10 題):負數的平方根、複數方程式、實係數多項式

第 6 題判別式 49−16=33>0,兩根為相異實數;α+β=−7<0、αβ=4>0,所以兩根都是負數。於是 α​=−α​i、β​=−β​i, (α​+β​)2=α+β+2α​β​=−7+2(−α​i)(−β​i)=−7−2αβ​=−7−4=−11
兩個負數的平方根相乘 α​β​=−αβ​,不是 αβ​;寫成 −7+4=−3 就錯了。
第 7 題

設實根為 x=r(r 為實數),代入整理成 (r2−ar−2)+(2−r)i=0。因為 a,r 都是實數,實部與虛部都是實數,所以 r2−ar−2=0,2−r=0 得 r=2,代回 4−2a−2=0,a=1。

方程式是 x2−(1+i)x−2+2i=0。由根與係數關係,兩根和為 1+i,另一根為 (1+i)−2=−1+i(驗算:兩根積 2(−1+i)=−2+2i,與常數項相符)。所以 x=2 或 x=−1+i。

學校答案把 x 讀成方程式的解,求出 a=1 後兩根都寫;若把題目讀成只問那個實根,答案是 2。係數不是實數,虛根不必成對,另一根要用根與係數關係求。
第 8 題i2=−1、i3=−i、i4=1,代入得 f(i)=1−5(−i)+(−1)+ai+b=b+(a+5)i=0 a,b 為實數,所以 b=0、a=−5,a+b=−5。
第 9 題令 x=2−i,則 x−2=−i,平方得 x2−4x+5=0。用長除法: 2x3−7x+8=(x2−4x+5)(2x+8)+(15x−32) 所以 f(2−i)=15(2−i)−32=−2−15i。
直接展開也可以:(2−i)2=3−4i,(2−i)3=(3−4i)(2−i)=2−11i,f(2−i)=4−22i−14+7i+8=−2−15i。
第 10 題f 的係數都是實數,對每個複數 w 都有 f(w)=f(w)​(共軛對加、乘都可以分開取,實數的共軛是自己)。1−2i=1+2i​,所以 f(1−2i)=3−4i​=3+4i。
要把實部、虛部分開比,先確認分出來的兩部分都是實數;「共軛根成對」和 f(w)=f(w)​ 要係數全是實數才成立;係數有虛數時另一根用根與係數關係求。

04填充 6~12(第 11~17 題):極式、棣美弗定理、n 次方根與旋轉

第 11 題3​i−1=2(cos32π​+isin32π​),1+i=2​(cos4π​+isin4π​),相除得 2​(cos125π​+isin125π​)。由棣美弗定理,八次方為 16(cos310π​+isin310π​)=16(cos34π​+isin34π​)=−8−83​i
第 12 題絕對值對乘、除、次方可以分開算:∣4−3i∣=5,∣1+2i∣=5​,∣−2+i∣=5​。 ∣z∣=5​⋅(5​)352​=2525​=1
不必把 z 化成 a+bi。
第 13 題把點看成複數,A=1+3i。正方形 OABC 依逆時針排列,OC 是 OA 繞 O 逆時針轉 90∘,對應乘以 i:C=i(1+3i)=−3+i。OB=OA+OC,B=(1+3i)+(−3+i)=−2+4i,坐標 (−2,4)。
驗算:∣OA∣=∣OC∣=10​,且 OA⋅OC=−3+3=0。
第 14 題∣z∣=2,z 在以原點為圓心、半徑 2 的圓上;θ 從 6π​ 到 32π​,圓心角 32π​−6π​=2π​。所求為弧長 2×2π​=π。
第 15 題

21+3​i​=cos3π​+isin3π​,五次方為 cos35π​+isin35π​=21​−23​​i,所以 z=23​−23​​i。

∣z∣=49​+43​​=3​。z=3​(23​​−21​i)=3​(cos611π​+isin611π​),主幅角在 0 到 2π 之間(含 0),為 611π​。所以數對是 (3​,611​π)。

主幅角取在 [0,2π),寫 −6π​ 不符合。
第 16 題−i=cos23π​+isin23π​。設 z=r(cosθ+isinθ),由棣美弗定理 r5=1、5θ=23π​+2kπ,所以 θ=103π​+52kπ​,k=0,1,2,3,4 五個主幅角依序是 103π​,107π​,1011π​,1015π​,1019π​,最小的是 103​π。
五個根在單位圓上等分,相鄰兩根差 52π​。
第 17 題

令 w=z+5−23​i。正六邊形每個外角是 60∘;頂點依順時針排列,沿邊走 z→0→w 時,在頂點 0 向右(順時針)轉 60∘,所以邊向量 w−0 是 0−z 順時針轉 60∘: w=−z(cos(−60∘)+isin(−60∘))=z(cos120∘+isin120∘) 於是 z(−21​+23​​i)−z=5−23​i,即 z(−23​+23​​i)=5−23​i。

z=−23​+23​​i5−23​i​=3(5−23​i)(−23​−23​​i)​=3−221​+23​​i​=−27​+63​​i

驗算方向:正六邊形的中心是 z+w=−2−353​​i,在從 z 走向 0 的右手邊,符合順時針排列。若轉錯方向(w=z(cos240∘+isin240∘)),會得到逆時針的六邊形。
乘以 cosθ+isinθ 就是繞原點轉 θ:正方形、正六邊形的頂點,都先寫出「哪一條邊轉幾度得到哪一條邊」再列式。

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多選第 3 題要注意題目只說 ω 是其中一根,取 ω 等於負 1 就能推翻兩個選項;多選第 5 題勘根定理要兩端異號才有根;填充第 1 題(第 6 題)兩根都是負數,根號相乘要變號;填充第 2 題(第 7 題)求出 a 後要寫出方程式的兩個解;填充第 12 題(第 17 題)順時針排列決定旋轉方向。詳解逐題寫在本頁。

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