Đăng nhập





Bài 2. CÁC PHÉP TOÁN TRÊN SỐ PHỨC

Học xong bài này các em có thể

  • Biết cộng, trừ hai số phức.
  • Biết nhân, chia hai số phức.
  • Biết vận dụng các phép toán trên số phức để giải bài tập.

1. Phép cộng hai số phức

Cho hai số phức \(z=x_1+y_1i\) và \(w=x_2+y_2i\) với \(x_1,x_2,y_1,y_2\in\mathbb{R}\). Khi đó ta có

\(\begin{aligned} z+w=\ &(x_1+y_1i)+(x_2+y_2i)\\ =\ &(x_1+x_2)+(y_1i+y_2i)\\ =\ &(x_1+x_2)+(y_1+y_2)i. \end{aligned}\)

Ví dụ 1. Cho \(z_1=2-i\) và \(z_2=-4+7i\). Tính môđun của số phức \(z_1+z_2\).

Ta có \(z_1+z_2=2-i+(-4+7i)=-2+6i.\) Suy ra

\[|z_1+z_2|=\sqrt{(-2)^2+6^2}=\sqrt{40}=2\sqrt{10}.\]

Ví dụ 2. Trong hệ trục \(Oxy\), cho ba điểm \(A(4;1)\), \(B\) và \(C(-3;5)\). Tìm tọa độ điểm \(C\) để \(OABC\) là hình bình hành.

Gọi \(z_1\), \(z_2\), \(z_3\) là các số phức có điểm biểu diễn lần lượt là \(A\), \(B\) và \(C\).

Ta có \(z_1=4+i\), \(z_3=-3+5i\).

Do \(OABC\) là hình bình hành nên

\[\begin{aligned} z_2=\ &z_1+z_3\\ =\ &(4+i)+(-3+5i)\\ =\ &1+6i. \end{aligned}\]

Vậy \(B(1;6)\).

Ví dụ 3. Tìm tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) thỏa mãn \(|z+2i|=|z+1-3i|\).

Gọi \(z=x+yi\) với \(x,y\in\mathbb{R}\). Ta có

\[\begin{aligned} &|z+2i|=|z+1-3i|\\ \Leftrightarrow\ &|x+yi+2i|=|x+yi+1-3i|\\ \Leftrightarrow\ &|x+(y+2)i|=|(x+1)+(y-3)i|\\ \Leftrightarrow\ &\sqrt{x^2+(y+2)^2}=\sqrt{(x+1)^2+(y-3)^2}\\ \Leftrightarrow\ &x^2+(y+2)^2=(x+1)^2+(y-3)^2\\ \Leftrightarrow\ &x^2+y^2+4y+4=x^2+2x+1+y^2-6y+9\\ \Leftrightarrow\ &2x-10y+5=0. \end{aligned}\]

Vậy tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) là đường thẳng \(d\colon 2x-10y+5=0\).

Ví dụ 4. Tìm \(x,y\in\mathbb{R}\) thỏa mãn \(x+(y-1)i-3+xi=5+2i+2yi\).

\[\begin{aligned} &x+(y-1)i-3+xi=5+2i+2yi\Leftrightarrow (x-3)+(x+y-1)i=5+(2+2y)i\\ \Leftrightarrow\ &\left\{\begin{aligned} &x-3=5\\ &x+y-1=2+2y\end{aligned}\right.\Leftrightarrow \left\{\begin{aligned} &x=8\\ &y=5.\end{aligned}\right. \end{aligned}\]

Chú ý.

\[\overline{z+w}=\overline{z}+\overline{w}.\]

2. Phép trừ hai số phức

Cho hai số phức \(z=x_1+y_1i\) và \(w=x_2+y_2i\) với \(x_1,x_2,y_1,y_2\in\mathbb{R}\). Khi đó ta có

\(\begin{aligned} z-w=\ &(x_1+y_1i)-(x_2+y_2i)\\ =\ &(x_1-x_2)+(y_1i-y_2i)\\ =\ &(x_1-x_2)+(y_1-y_2)i. \end{aligned}\)

Chú ý

Gọi \(A\), \(B\) theo thứ tự là các điểm biểu diễn của các số phức \(z_1\), \(z_2\). Gọi \(C\) là điểm sao cho \(OACB\) là hình bình hành. Thế thì ta có

  • \(OC=|z_1+z_2|\).
  • \(AB=|z_1-z_2|\).
  • Từ đẳng thức trong hình bình hành \[2(OA^2+OB^2)=OC^2+AB^2.\] Suy ra \[2(|z_1|^2+|z_2|^2)=|z_1+z_2|^2+|z_1-z_2|^2.\]

Còn như hình bên dưới thì ta có

  • \(IA=|z_1-z_0|\).
  • \(IB=|z_2-z_0|\).
  • \(AB=|z_1-z_2|\).
  • \(C\) biểu diễn số phức: \(z_1+z_2-z_0.\)
  • \(IC=|(z_1+z_2-z_0)-z_0|=|z_1+z_2-2z_0|\).

  • Đẳng thức \(2(IA^2+IB^2)=AB^2+IC^2\) trở thành \[2(|z_1-z_0|^2+|z_2-z_0|^2)=|z_1-z_2|^2+|z_1+z_2-2z_0|^2.\]

Ví dụ 1. Cho hai số phức \(z=-4-7i\), \(w=-3+2i\). Tìm phần thực và phần ảo của \(z-w\).

\[\begin{aligned}z-w=\ &(-4-7i)-(-3+2i)\\ =\ &-4-7i+3-2i\\ =\ &-1-9i.\end{aligned}\]

Ví dụ 2. Cho hai số phức \(z_1\), \(z_2\) thỏa mãn \(|z_1|=2\), \(|z_2|=5\), \(|z_1+z_2|=6\). Tính \(|z_1-z_2|\).

Ta có công thức \[\begin{aligned} &2(|z_1|^2+|z_2|^2)=|z_1+z_2|^2+|z_1-z_2|^2\\ \Leftrightarrow\ &2(2^2+5^2)=6^2+|z_1-z_2|^2\\ \Leftrightarrow\ &|z_1-z_2|^2=22\Rightarrow |z_1-z_2|=\sqrt{22}. \end{aligned}\]

Ví dụ 3. Tìm tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) thỏa mãn \(|z-2+3i|=5.\)

Gọi \(z=x+yi\) với \(x,y\in \mathbb{R}.\)

Ta có \[\begin{aligned} &|z-2+3i|=5\\ \Leftrightarrow\ &|x+yi-2+3i|=5\\ \Leftrightarrow\ &|(x-2)+(y+3)i|=5\\ \Leftrightarrow\ &\sqrt{(x-2)^2+(y+3)^2}=5\\ \Leftrightarrow\ &(x-2)^2+(y+3)^2=25. \end{aligned}\]

Vậy tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) là đường tròn tâm \(I(2;-3)\), bán kính \(R=5\).

Chú ý.

  • Tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) thỏa mãn \(|z-(a+bi)|=R\) (với \(a,b\in\mathbb{R}\) và \(R>0\)) là đường tròn có tâm \(I(a;b)\) và bán kính bằng \(R\).
  • \(\overline{z-w}=\overline{z}-\overline{w}.\)

3. Phép nhân hai số phức

Cho hai số phức \(z=a+bi\) và \(w=x+yi\) với \(a,b,x,y\in\mathbb{R}\).

\[\begin{aligned} z\cdot w=\ &(a+bi)(x+yi)=ax+ayi+bxi+byi^2\\ =\ &ax +ayi+bxi-by\\ =\ &(ax-by) + (ay+bx)i. \end{aligned}\]

Ví dụ 1.Cho hai số phức \(z=3+4i\) và \(w=-2+5i\). Tìm số phức liên hợp với số phức \(zw\).

Ta có \[zw=(3+4i)(-2+5i)=-6+15i-8i+20i^2=-26+7i.\]

Vậy \(\overline{zw}=-26-7i.\)

Chú ý.

  • \(\overline{zw}=\overline{z}\cdot \overline{w}.\)
  • \(|zw|=|z|\cdot |w|.\)
  • \(|z^2|=|z|^2.\)
  • \(z\cdot \overline{z}=(a+bi)(a-bi)=a^2-(bi)^2=a^2+b^2=|z|^2\) với \(z=a+bi\).

Ví dụ 2. Tìm tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) thỏa mãn \(|-3z-2+6i|=10.\)

Ta có

\[\begin{aligned} |-3z-2+6i|=10\Leftrightarrow\ &\left|-3\left(z+\dfrac{-2+6i}{-3}\right)\right|=10\\ \Leftrightarrow\ &|-3|\cdot\left|z+\dfrac{2}{3}-2i\right|=10\\ \Leftrightarrow\ &\left|z+\dfrac{2}{3}-2i\right|=\dfrac{10}{3}. \end{aligned}\]

Suy ra tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) là đường tròn có tâm \(I\left(-\dfrac{2}{3};2\right)\) và bán kính \(R=\dfrac{10}{3}\).

Ví dụ 3. Tìm số phức \(z\) thỏa mãn \(2z+(2-i)\overline{z}=(5+3i)z-4i\).

Gọi \(z=x+yi\) với \(x,y\in\mathbb{R}\). Thay vào phương trình, ta được

\[\begin{aligned} &2(x+yi)+(2-i)(x-yi)=(5+3i)(x+yi)-4i\\ \Leftrightarrow\ &2x+2yi+2x-2yi-xi+yi^2=5x+5yi+3xi+3yi^2-4i\\ \Leftrightarrow\ &\left\{\begin{aligned}&2x+2x-y=5x-3y\\ &2y-2y-x=5y+3x-4\end{aligned}\right.\\ \Leftrightarrow\ &\left\{\begin{aligned}&-x+2y=0\\ &-4x-5y=-4\end{aligned}\right.\Leftrightarrow \left\{\begin{aligned}&x=\dfrac{8}{13}\\ &y=\dfrac{4}{13}.\end{aligned}\right. \end{aligned}\]

Vậy \(z=\dfrac{8}{13}+\dfrac{4i}{13}.\)

4. Phép chia hai số phức

Cho hai số phức \(z=a+bi\) và \(w=x+yi\) với \(a,b,x,y\in\mathbb{R}\) và \(w\neq 0\).

\[\begin{aligned} \dfrac{z}{w}=\ &\dfrac{a+bi}{x+yi}=\dfrac{(a+bi)(x-yi)}{(x+yi)(x-yi)}\\ =\ &\dfrac{ax-ayi+bxi-byi^2}{x^2+y^2}=\dfrac{(ax+by)+(bx-ay)i}{x^2+y^2}\\ =\ &\dfrac{ax+by}{x^2+y^2}+\dfrac{bx-ay}{x^2+y^2}i. \end{aligned}\]

Chú ý.

  • \(z\cdot\overline{z}=|z|^2=a^2+b^2\).
  • \(\dfrac{z}{w}=\dfrac{z\cdot \overline{w}}{|w|^2}.\)
  • \(\dfrac{1}{z}=\dfrac{\overline{z}}{|z|^2}=\dfrac{1}{|z|^2}\cdot \overline{z}\) \(\Rightarrow\) gốc tọa độ \(O\) và hai điểm biểu diễn của \(z\) và \(\dfrac{1}{z}\) thẳng hàng, đồng thời điểm \(O\) nằm ngoài hai điểm còn lại.
  • \(\overline{\left(\dfrac{z}{w}\right)}=\dfrac{\overline{z}}{\overline{w}}\).
  • \(\left|\dfrac{z}{w}\right|=\dfrac{|z|}{|w|}.\)

Ví dụ 1. Tìm số phức \(z\) thỏa mãn \((2+i)z=1-2i.\)

Ta có \[\begin{aligned} &(2+i)z=1-2i\\ \Leftrightarrow\ &z=\dfrac{1-2i}{2+i}=\dfrac{(1-2i)(2-i)}{2^2+1^2}=\dfrac{2-i-4i+2i^2}{5}=\dfrac{0-5i}{5}=-i. \end{aligned}\]

Ví dụ 2. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(|(3-4i)z+4+3i|=20\). Tìm tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(w=z+1-2i\).

Ta có \[\begin{aligned} |(3-4i)z+4+3i|=20 \Leftrightarrow\ &\left|(3-4i)\left(z+\dfrac{4+3i}{3-4i}\right)\right|=20\\ \Leftrightarrow\ &|3-4i|\cdot \left|z+i\right|=20\\ \Leftrightarrow\ &|z+i|=4. \end{aligned}\]

Từ \(w=z+1-2i\Rightarrow z=w-1+2i\). Thay vào đẳng thức trên ta được

\[|w-1+2i+i|=4\Leftrightarrow |w-1+3i|=4.\]

Vậy tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(w\) là đường tròn có tâm \(I(1;-3)\) và bán kính \(R=4\).

Ví dụ 3. Tìm số phức \(z\) biết rằng \(2|z|-z=(2z-2)i.\)

\[\begin{aligned} &2|z|-z=(2z-2)i\Leftrightarrow 2|z|-z=2zi-2i\\ \Leftrightarrow\ &2|z|+2i=z(1+2i). \quad\quad (*) \end{aligned}\]

Lấy môđun hai vế ta được

\[\begin{aligned} &\sqrt{(2|z|)^2+2^2}=|z|\cdot |1+2i|\\ \Leftrightarrow\ &\sqrt{4|z|^2+4}=|z|\sqrt{5}\\ \Leftrightarrow\ &4|z|^2+4=5|z|^2\Leftrightarrow |z|^2=4\\ \Leftrightarrow\ &|z|=2. \end{aligned}\]

Thay vào phương trình \((*)\), thu được

\[4+2i=z(1+2i)\Leftrightarrow z=\dfrac{4+2i}{1+2i}=\dfrac{8}{5}-\dfrac{6}{5}i.\]

So sánh với kiến thức đã biết

  • Với \(A(x_1;y_1)\), \(B(x_2;y_2)\) thì \[AB=\sqrt{(x_2-x_1)^2+(y_2-y_1)^2}.\]
  • Cho điểm \(I\) cố định, \(R>0\). Tập hợp các điểm \(M\) thỏa mãn \(MI=R\) là đường tròn tâm \(I\) bán kính \(R\).
  • Cho hai điểm \(A\), \(B\). Tập hợp các điểm \(M\) thỏa mãn \(MA=MB\) (nghĩa là \(M\) cách đều hai điểm \(A\) và \(B\)) là đường trung trực của \(AB\).

  • Với \(z=x_1+y_1i\), \(w=x_2+y_2i\) thì \[|z-w|=\sqrt{(x_2-x_1)^2+(y_2-y_1)^2}.\]
  • Cho số phức \(z_0\), \(R>0\). Tập hợp các số phức \(z\) thỏa mãn \(|z-z_0|=R\) là đường tròn tâm \(z_0\) bán kính \(R\).
  • Cho hai số phức \(z_1\), \(z_2\). Tập hợp các số phức \(z\) thỏa mãn \(|z-z_1|=|z-z_2|\) là đường trung trực của đoạn nối \(z_1,z_2\).

BÀI TẬP

Dạng 1. Thực hiện các phép toán cơ bản trên số phức

Ví dụ 1. Cho hai số phức \(z_1=3-2i\) và \(z_2=2+i\). Số phức \(z_1+z_2\) là

A. \(5+i\)

B. \(-5+i\)

C. \(5-i\)

D. \(-5-i\)

\[z_1+z_2=\left( 3-2i \right)+\left( 2+i \right)=5-i.\]

Ví dụ 2. Cho hai số phức \(z_1 = 1 + 2i\) và \(z_2 = 4 - i\). Số phức \(z_1 - z_2\) bằng

A. \(3+3i\)

B. \(-3-3i\)

C. \(-3+3i\)

D. \(3-3i\)

\[z_1 - z_2 = (1 + 2i) - (4 - i) = 1 + 2i - 4 + i = -3 + 3i.\]

Ví dụ 3. Cho số phức \(z=2+5i\). Tìm số phức \(w=iz+\overline{z}\).

A. \(w=-3-3i\)

B. \(w=3+7i\)

C. \(w=-7-7i\)

D. \(w=7-3i\)

Ta có \(w=i\cdot(2+5i)+(2-5i)=-3-3i\).

Ví dụ 4. Số phức \(z=(1+2i)(2-3i)\) bằng

A. \(8-i\)

B. \(8\)

C. \(8+i\)

D. \(-4+i\)

Có \(z=(1+2i)(2-3i)=2+4i-3i-6i^2=8+i\).

Ví dụ 5. Cho \(z_1=1+2i\), \(z_2=2-3i\). Khi đó \(w=z_1-2z_2\) bằng

A. \(w=5+8i\)

B. \(w=-3+8i\)

C. \(w=3-i\)

D. \(w=-3-4i\)

\(w=z_1-2z_2= (1+2i)-2(2-3i)=-3+8i.\)

Ví dụ 6. Tìm số phức \(w=z_1-2z_2\), biết rằng \(z_1=1+2i\) và \(z_2=2-3i\).

A. \(w=3-i\)

B. \(w=5+8i\)

C. \(w=-3+8i\)

D. \(w=-3-4i\)

Ta có: \(w=z_1-2z_2=1+2i-2(2-3i)=-3+8i\).

Ví dụ 7. Cho hai số phức \(z_1=2-7i\) và \(z_2=-4+i\). Điểm biểu diễn số phức \(z_1+z_2\) trên mặt phẳng tọa độ là điểm nào dưới đây?

A. \(Q(-2;-6)\)

B. \(P(-5;-3)\)

C. \(N(6;-8)\)

D. \(M(3;-11)\)

Ta có \(z_1+z_2=-2-6i\). Vậy điểm biểu diễn \(z_1+z_2\) trên mặt phẳng tọa độ là điểm \(Q(-2;-6)\).

Ví dụ 8. Thu gọn số phức \(z=i+(2-4i)-(3-2i)\) về dạng \(z=a+bi\), \((a,b\in\mathbb{R})\). Tính \(S=a-b\).

A. \(S=2\)

B. \(S=0\)

C. \(S=-1\)

D. \(S=-2\)

Ta có \(z=i+(2-4i)-(3-2i)=-1-i\Rightarrow\begin{cases}& a=-1\\& b=-1\end{cases}\Rightarrow S=a-b=-1-(-1)=0\).

Ví dụ 9. Thu gọn số phức \(z=i+(2-4i)-(3-2i)\), ta được:

A. \(z=-1-i\)

B. \(z=1-i\)

C. \(z=-1-2i\)

D. \(z=1+i\)

Ta có \(z=i+(2-4i)-(3-2i)=i+2-4i-3+2i=-1-i\).

Ví dụ 10. Cho số phức \( z=2+bi \). Tính \( z\cdot \bar{z} \).

A. \( z\cdot \bar{z}=\sqrt{4+b^2} \)

B. \( z\cdot \bar{z}=4-b^2 \)

C. \( z\cdot \bar{z}=-b \)

D. \( z\cdot \bar{z}=4+b^2 \)

Ta có \( z\cdot \bar{z}=(2+bi)(2-bi)=4-b^2i^2=4+b^2 \).

Ví dụ 11. Số nào trong các số phức sau là số thực?

A. \((1+2i)+( - 1+2i)\)

B. \((3+2i)+(3 - 2i)\)

C. \((5+2i) - (\sqrt{5} - 2i)\)

D. \((\sqrt{3} - 2i) - (\sqrt{3} +2i)\)

Số phức có phần ảo bằng \(0\) là số thực. Do đó \((3+2i)+(3 - 2i)=6\) là số thực.

Ví dụ 12. Cho số phức \(z=2+3i\). Tính \(\displaystyle\frac{z}{\overline{z}}\).

A. \(\displaystyle\frac{-5+12i}{13}\)

B. \(\displaystyle\frac{5-6i}{11}\)

C. \(\displaystyle\frac{5-12i}{13}\)

D. \(\displaystyle\frac{-5-12i}{13}\)

\(\displaystyle\frac{z}{\overline{z}}=\displaystyle\frac{z\cdot z}{\overline{z}\cdot z}=\displaystyle\frac{z^2}{|z|^2}=\displaystyle\frac{(2+3i)^2}{2^2+3^2}=\displaystyle\frac{-5+12i}{13}\).

Ví dụ 13. Cho hai số phức \(z_1=2-2i,z_2=-3+3i\). Khi đó số phức \(z_1-z_2\) là

A. \(-5+5i\)

B. \(-5i\)

C. \(5-5i\)

D. \(-1+i\)

Ta có \(z_1-z_2=(2-2i)-(-3+3i)=5-5i\).

Ví dụ 14. Tổng \(2\) số phức \(1+i\) và \(\sqrt{3}+i\) bằng

A. \(1+\sqrt{3}+2i\)

B. \(2i\)

C. \(1+\sqrt{3}+i\)

D. \(1+\sqrt{3}\)

Ta có \(1+i+\sqrt{3}+i=1+\sqrt{3}+2i\).

Ví dụ 15. Cho \(i\) là đơn vị ảo. Giá trị của biểu thức \(z=(1+i)^2\) là

A. \(2i\)

B. \(-i\)

C. \(-2i\)

D. \(i\)

Ta có \(z=(1+i)^2=1+2i+i^2=2i\).

Ví dụ 16. Cho số phức \(z=2-3i\). Số phức \( w=i\cdot\overline{z}+z\) là

A. \(w=-1+i\)

B. \(w=5-i\)

C. \(w=-1+5i\)

D. \(w=-1-i\)

\( w=i\cdot(2+3i)+2-3i=-1-i\).

Ví dụ 17. Cho hai số phức \(z_1=2+3i\), \(z_2=-4-5i\). Tính \(z=z_1+z_2\).

A. \(z=-2-2i\)

B. \(z=-2+2i\)

C. \(z=2+2i\)

D. \(z=2-2i\)

\(z=z_1+z_2=2+3i-4-5i=-2-2i\).

Ví dụ 18. Cho hai số phức \(z_1=2+3i\) và \(z_2=-4-5i\). Tìm số phức \(z=z_1+z_2\).

A. \(z=2+2i\)

B. \(z=-2-2i\)

C. \(z=2-2i\)

D. \(z=-2+2i\)

Ta có \(z_1+z_2=(2+3i)+(-4-5i)=-2-2i\).

Ví dụ 19. Cho hai số phức: \(z_1=1-2i\), \(z_2=2+3i\). Tìm số phức \(w=z_1-2z_2\).

A. \(w=-3+8i\)

B. \(w=-5+i\)

C. \(w=-3-8i\)

D. \(w=-3+i\)

Ta có \(w=z_1-2z_2=(1-2i)-2(2+3i)=-3-8i\).

Ví dụ 20. Cho số phức \(z=1-\displaystyle\frac{1}{3}i\). Tính số phức \(w=i\overline{z} +3z\).

A. \(w=\displaystyle\frac{8}{3}\)

B. \(w=\displaystyle\frac{8}{3} +i\)

C. \(w=\displaystyle\frac{10}{3}+i\)

D. \(w=\displaystyle\frac{10}{3}\)

Ta có \(w = i \left( 1+\displaystyle\frac{1}{3}i \right) +3 \left( 1-\displaystyle\frac{1}{3}i\right) = \left(3-\displaystyle\frac{1}{3}\right) + i \left( 1 -1\right) =\displaystyle\frac{8}{3}.\)

Ví dụ 21. Cho hai số phức \(z_1=1-i,z_2=2+3i\). Tính mô-đun của số phức \(z=z_1+z_2\).

A. \(|z|=1\)

B. \(|z|=\sqrt{5}\)

C. \(|z|=5\)

D. \(|z|=\sqrt{13}\)

\(z=z_1+z_2=3+2i \Rightarrow |z|=\sqrt{3^2+2^2}=\sqrt{13}.\)

Ví dụ 22. Cho số phức \(z_1=1+2i,z_2=3-i\). Tìm số phức liên hợp của số phức \(w=z_1+z_2\).

A. \(\overline{w}=4-i\)

B. \(\overline{w}=4+i\)

C. \(\overline{w}=-4+i\)

D. \(\overline{w}=-4-i\)

Ta có \(w=z_1+z_2=(1+3)+(2-1)i=4+i\Rightarrow \overline{w}=4-i\).

Ví dụ 23. Cho \(z_1=2 + 3i; z_2=4 + 5i. \) Tìm số phức liên hợp của số phức \(w\) biết \( w=2\left(z_1 + z_2\right) \).

A. \( \overline{w}=12-16i \)

B. \( \overline{w}=12+16i \)

C. \( \overline{w}=-14+44i \)

D. \( \overline{w}=-14-44i \)

Ta có \( w=2\left( 2+3i+4+5i\right)=12+16i\). Vậy \( \overline{w}=12-16i \).

Ví dụ 24. Điểm nào sau đây biểu diễn số phức \(z=i(7-4i)\) trong mặt phẳng tọa độ?

A. \(P(-4;7)\)

B. \(M(4;7)\)

C. \(Q(-4;-7)\)

D. \(N(4;-7)\)

Ta có \(z = 7i-4i^2 = 4+7i\). Do đó \(z\) được biểu diễn bởi \(M(4;7)\).

Ví dụ 25. Cho hai số phức \( z_{1}=2+3i \) và \( z_{2}=-3-5i \). Tính tổng phần thực và phần ảo của số phức \( w=z_{1}+z_{2} \).

A. \( 3 \)

B. \( -3 \)

C. \( 0 \)

D. \( -1-2i \)

Ta có \( w=-1-2i\Rightarrow \) tổng phần thực và phần ảo của số phức \( w \) là \( -3 \).

Ví dụ 26. Cho số phức \(z=3-2i.\) Tìm điểm biểu diễn của số phức \( w=z+i\cdot \overline{z}\).

A. \(M\left(5;-5\right)\)

B. \(M\left(1;-5\right)\)

C. \(M\left(1;1\right)\)

D. \(M\left(5;1\right)\)

Ta có: \(\overline{z}=3+2i\).

Khi đó \(w=z+i\cdot \overline{z}=3-2i+i(3+2i)=1+i\).

Vậy điểm biểu diễn số phức \(w\) là \(M(1;1)\).

Ví dụ 27. Trong mặt phẳng phức, điểm \(M(1;-2)\) biểu diễn số phức \(z\). Mô-đun của số phức \(w=i\overline{z}-z^2\) bằng

A. \(26\)

B. \(\sqrt{6}\)

C. \(\sqrt{26}\)

D. \(6\)

Ta có \(z=1-2i\) nên \(w=i\overline{z}-z^2=i(1+2i)-(1-2i)^2=1+5i\).

Vậy \(|w|=\sqrt{1^2+5^2}=\sqrt{26}\).

Ví dụ 28. Cho hai số phức \(z_1 = 1+2i\), \(z_2 = 3 - i\). Tìm số phức \(z = \displaystyle\frac{z_2}{z_1}\).

A. \(z = \displaystyle\frac{1}{10} + \displaystyle\frac{7}{10}i\)

B. \(z = \displaystyle\frac{1}{5} + \displaystyle\frac{7}{5}i\)

C. \(z = \displaystyle\frac{1}{5} - \displaystyle\frac{7}{5}i\)

D. \(z = -\displaystyle\frac{1}{10} + \displaystyle\frac{7}{10}i\)

Ta có \(z = \displaystyle\frac{z_2}{z_1} = \displaystyle\frac{z_2 \cdot \overline{z_1}}{z_1\cdot \overline{z_1}} = \displaystyle\frac{(3 - i)(1 - 2i)}{(1 + 2i)(1 - 2i)} = \displaystyle\frac{1 - 7i}{5} = \displaystyle\frac{1}{5} - \displaystyle\frac{7}{5}i\).

Ví dụ 29. Cho \(z=1+3i\). Tính \(\displaystyle\frac{1}{z}\).

A. \(\displaystyle\frac{1}{10}+\displaystyle\frac{3}{10}i\)

B. \(\displaystyle\frac{1}{10}i-\displaystyle\frac{3}{10}\)

C. \(\displaystyle\frac{1}{10}-\displaystyle\frac{3}{10}i\)

D. \(-\displaystyle\frac{1}{10}-\displaystyle\frac{3}{10}i\)

\(\displaystyle\frac{1}{z}=\displaystyle\frac{\overline{z}}{z\cdot \overline{z}}=\displaystyle\frac{1-3i}{(1+3i)(1-3i)}=\displaystyle\frac{1-3i}{10}=\displaystyle\frac{1}{10}-\displaystyle\frac{3}{10}i\).

Ví dụ 30. Cho số phức \( z=\displaystyle\frac{2-6i}{(1+i)^2} \), khi đó số phức liên hợp của \( z \) là

A. \( \bar{z}=-3+i \)

B. \( \bar{z}=3-i \)

C. \( \bar{z}=-3-i \)

D. \( \bar{z}=3+i \)

Ta có \( z=\displaystyle\frac{2-6i}{2i}=-i-3 \Rightarrow \bar{z}=-3+i \).

Ví dụ 31. Tìm số phức \(z\) thỏa mãn \(\left(1 - 2\mathrm{i}\right)z = 3 + \mathrm{i}\).

A. \(z = 1 - \mathrm{i}\)

B. \(z = 1 + \mathrm{i}\)

C. \(z = \displaystyle\frac{1}{5} + \displaystyle\frac{7}{5}\mathrm{i}\)

D. \(z = \displaystyle\frac{1}{5} - \displaystyle\frac{7}{5}\mathrm{i}\)

Ta có \[\begin{aligned}&\left(1 - 2\mathrm{i}\right)z = 3 + \mathrm{i}\Leftrightarrow z = \displaystyle\frac{3 + \mathrm{i}}{1 - 2\mathrm{i}}\\ \Leftrightarrow\ &z = \displaystyle\frac{\left(3 + \mathrm{i}\right)\left(1 + 2\mathrm{i}\right)}{\left(1 - 2\mathrm{i}\right)\left(1 + 2\mathrm{i}\right)}\Leftrightarrow z = \displaystyle\frac{1}{5}\left(1 + 7\mathrm{i}\right).\end{aligned}\]

Ví dụ 32. Cho số phức \(z = 2 + 3\mathrm{i}\), khi đó \(\displaystyle\frac{z}{\overline{z}}\) bằng

A. \(\displaystyle\frac{5 - 12\mathrm{i}}{13}\)

B. \(\displaystyle\frac{- 5 - 12\mathrm{i}}{13}\)

C. \(\displaystyle\frac{- 5 + 12\mathrm{i}}{13}\)

D. \(\displaystyle\frac{5 - 6\mathrm{i}}{11}\)

Ta có \(\displaystyle\frac{z}{\overline{z}} = \displaystyle\frac{2 + 3\mathrm{i}}{2 - 3\mathrm{i}} = \displaystyle\frac{\left(2 + 3\mathrm{i}\right)^2}{\left(2 + 3\mathrm{i}\right)\left(2 - 3\mathrm{i}\right)} = \displaystyle\frac{4 + 12\mathrm{i} + 9\mathrm{i}^2}{4 - 9\mathrm{i}^2} = \displaystyle\frac{- 5 + 12\mathrm{i}}{13}\)

Ví dụ 33. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \((2+i)\overline{z}=2+11i\). Tính giá trị của biểu thức \(A=\left|z\right|+\left|\overline{z}\right|\).

A. \(5\)

B. \(\sqrt{10}\)

C. \(10\)

D. \(\sqrt{5}\)

\((2+i)\overline{z}=2+11i \Leftrightarrow \overline{z} = \displaystyle\frac{2+11i}{2+i}=3+4i \Rightarrow z=3-4i\).

Giá trị biểu thức \(A=\left|z\right|+\left|\overline{z}\right|=5+5=10\).

Ví dụ 34. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(\overline{z}=\displaystyle\frac{\left( 1+\sqrt{3}i \right)^3}{1+i}\). Tính mô-đun của số phức \(\overline{z}-iz\).

A. \(8\sqrt{2}\)

B. \(8\)

C. \(16\)

D. \(-8\)

Ta có \(\overline{z}=-4+4i\), suy ra \(z=-4-4i\). Vậy \(\left| \overline{z}-iz \right|=|-8+8i|=8\sqrt{2}\).

Ví dụ 35. Cho số phức \(z=1+i\). Tính mô-đun của số phức \(w=\displaystyle\frac{\overline{z}+2i}{z-1}\).

A. \(|w|=\sqrt{2}\)

B. \(|w|=\sqrt{3}\)

C. \(|w|=1\)

D. \(|w|=2\)

\(w=\displaystyle\frac{1-i+2i}{1+i-i}=1+i\Rightarrow |w|=\sqrt{2}\).

Ví dụ 36. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \((1+i)z=11-3i\). Điểm \(M\) biểu diễn số phức \(z\) trong mặt phẳng tọa độ là

A. \(M(4;-7)\)

B. \(M(14;-14)\)

C. \(M(8;-14)\)

D. \(M(7;-7)\)

Ta có \((1+i)z = 11-3i \Leftrightarrow z = \displaystyle\frac{11-3i}{1+i} = 4 - 7i\).

Do đó điểm \(M\) biểu diễn \(z\) có tọa độ là \((4;-7)\).

Ví dụ 37. Cho số phức \(z = a+ bi\,(a,b \in \mathbb{R})\) thỏa mãn \((-2+2i)z = 10 + 6i\). Tính \(P = a + b\).

A. \(P = 3\)

B. \(P = 5\)

C. \(P = -3\)

D. \(P = -5\)

Ta có \((-2+2i)z = 10 + 6i \Leftrightarrow z = \displaystyle\frac{10 + 6i}{-2+2i} = -1-4i\). Do đó \(a = -1\) và \(b = -4\) nên \(P = -5\).

Dạng 2. Giải phương trình

Ví dụ 1. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \((2-3i)z+6=5i-1\). Mệnh đề nào sau đây đúng?

A. \(\overline{z}=\displaystyle\frac{29}{13}+\displaystyle\frac{11}{13}i\)

B. \(\overline{z}=\displaystyle\frac{29}{13}-\displaystyle\frac{11}{13}i\)

C. \(\overline{z}=-\displaystyle\frac{29}{13}-\displaystyle\frac{11}{13}i\)

D. \(\overline{z}=-\displaystyle\frac{29}{13}+\displaystyle\frac{11}{13}i\)

\(z=\displaystyle\frac{5i-7}{2-3i}=-\displaystyle\frac{29}{13}-\displaystyle\frac{11}{13}i\Rightarrow \overline{z}=-\displaystyle\frac{29}{13}+\displaystyle\frac{11}{13}i\).

Ví dụ 2. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \((1+z)(1+i)-5+i=0\). Số phức \(w=1+z\) bằng

A. \(-1+3i\)

B. \(1-3i\)

C. \(-2+3i\)

D. \(2-3i\)

Ta có \((1+z)(1+i)-5+i=0\Leftrightarrow 1+z=\displaystyle\frac{5-i}{1+i}\Leftrightarrow 1+z=2-3i \Leftrightarrow z=1-3i\).

Ví dụ 3. Cho số phức \(z=a+bi\) (\(a,b \in \mathbb{R}\)) thỏa mãn \((1+3i)z-3+2i=2+7i\). Giá trị của \(a+b\) là

A. \(\displaystyle\frac{11}{5}\)

B. \(1\)

C. \(\displaystyle\frac{19}{5}\)

D. \(3\)

Ta có phương trình ban đầu tương đương với \[ (1+3i)z=5+5i \Leftrightarrow z = \displaystyle\frac{5+5i}{1+3i} \Leftrightarrow z = 2 - i.\] Suy ra \(a=2,b=-1\) nên \(a+b = 2 - 1 = 1\).

Ví dụ 4. Tìm số phức thỏa mãn \(i(\overline{z}-2+3i)=1+2i\).

A. \(z=-4+4i \)

B. \( z=-4-4i\)

C. \( z=4-4i\)

D. \( z=4+4i\)

Ta có \(i(\overline{z}-2+3i)=1+2i \Leftrightarrow -\overline{z}+2-3i=i-2\Leftrightarrow \overline{z}=4-4i \).
Khi đó \(z=4+4i\).

Ví dụ 5. Tìm tất cả các số phức \(z\) thỏa \(2z-3(1+i)=iz+7-3i\).

A. \(z=\displaystyle\frac{8}{5}-\displaystyle\frac{4}{5}i\)

B. \(z=4-2i\)

C. \(z=\displaystyle\frac{8}{5}+\displaystyle\frac{4}{5}i\)

D. \(z=4+2i\)

Ta có \(2z-3(1+i)=iz+7-3i\Leftrightarrow (2-i)z=10 \Leftrightarrow z=\displaystyle\frac{10}{2-i}\Leftrightarrow z=4+2i\).

Ví dụ 6. Tìm số phức \(z\) thỏa mãn \((3-2i)z-2=z+18i\).

A. \(z=-4+5i\)

B. \(z=4+5i\)

C. \(z=4-5i\)

D. \(z=-4-5i\)

Ta có \((3-2i)z-2=z+18i\) \( \Leftrightarrow \) \(z=\displaystyle\frac{2+18i}{2-2i}=-4+5i\).

Ví dụ 7. Tìm số phức \(z\) thỏa mãn \((1-i)(z+1-2i)-3+2i=0\).

A. \(z=\displaystyle\frac{5}{2}+\displaystyle\frac{3}{2}i\)

B. \(z=4-3i\)

C. \(z=4+3i\)

D. \(z=\displaystyle\frac{3}{2}+\displaystyle\frac{5}{2}i\)

Ta có \((1-i)(z+1-2i)-3+2i=0 \Leftrightarrow z+1-2i=\displaystyle\frac{3-2i}{1-i} \Leftrightarrow z=\displaystyle\frac{3}{2}+\displaystyle\frac{5}{2}i\).

Ví dụ 8. Tìm số phức \(z\) thỏa mãn \((2+3i)(z-2)+13-13i=0\).

A. \(z=3-5i\)

B. \(z=5+3i\)

C. \(z=3+5i\)

D. \(z=5-3i\)

Ta có \((2+3i)(z-2)+13-13i=0 \Leftrightarrow z-2=\displaystyle\frac{-13+13i}{2+3i}\Leftrightarrow z-2=1+5i\Leftrightarrow z=3+5i\).

Ví dụ 9. Cho số phức \(z=a+bi\), với \(a,b\in\mathbb{R}\), thỏa mãn \((1+i)z+2\bar{z}=3+2i\). Tính \(S=a+b\).

A. \(S=\displaystyle\frac{1}{2}\)

B. \(S=-1\)

C. \(S=1\)

D. \(S=-\displaystyle\frac{1}{2}\)

Ta có \[\begin{aligned} & (1+i)z+2\bar{z}=3+2i\\ \Leftrightarrow\ &(1+i)(a+bi)+2(a-bi)=3+2i\\ \Leftrightarrow\ &(3a-b)+(a-b)i=3+2i\\ \Leftrightarrow\ &\begin{cases} &3a-b=3\\&a-b=2\end{cases}\\ \Leftrightarrow\ &\begin{cases}&a=\displaystyle\frac{1}{2}\\ &b=-\displaystyle\frac{3}{2}.\end{cases} \end{aligned}\] Do đó \(S=a+b=-1\).

Ví dụ 10. Cho số phức \(z=a+bi\) \((a,b\in\mathbb{R})\) thoả mãn \((1-3i)z+(2+3i)\overline{z}=12-i\). Tính \(P=a^2-b^3\).

A. \(-3\)

B. \(-1\)

C. \(1\)

D. \(3\)

Ta có \[\begin{aligned} 12-i&=(1-3i)z+(2+3i)\overline{z}=(1-3i)(a+bi)+(2+3i)(a-bi)\\ &=(3a+6b)-bi. \end{aligned}\] Do đó \[\begin{aligned} \begin{cases}&3a+6b=12\\ &b=1\end{cases}\Rightarrow \begin{cases}&a=2\\ &b=1.\end{cases} \end{aligned}\] Vậy \(P=a^2-b^3=3\).

Ví dụ 11. Tìm số phức \(z\) thỏa mãn \((3+i)\overline{z}+(1+2i)z=3-4i\).

A. \(z=2+5i\)

B. \(z=2+3i\)

C. \(z=-1+5i\)

D. \(z=-2+3i\)

Gọi \(z=x+yi\), (\(x,y\in \mathbb{R}\)) \[\begin{aligned} & (3+i)\overline{z}+(1+2i)z=3-4i\\ \Leftrightarrow\ & (3+i)(x-yi)+(1+2i)(x+yi)=3-4i\\ \Leftrightarrow\ & 4x-y+(3x-2y)i=3-4i\\ \Leftrightarrow\ & \begin{cases}&4x-y=3\\ &3x-2y=-4\end{cases}\\ \Leftrightarrow\ & \begin{cases}&x=2\\&y=5\end{cases}\\ \Rightarrow\ & z=2+5i. \end{aligned}\]

Ví dụ 12. Cho số phức \(z=a+bi\, (a,b\in \mathbb{R})\) thỏa mãn \((1+2i)z+i\bar{z}=7+5i\). Tính \(S=4a+3b\).

A. \(S=7\)

B. \(S=24\)

C. \(S=-7\)

D. \(S=0\)

Đặt \(z=a+bi\). Ta có: \[\begin{aligned} &(1+2i)(a+bi)+i(a-bi)=7+5i \Leftrightarrow a+bi+2ai+2bi^2+ai-bi^2=0\\ &\Leftrightarrow a+bi+2ai-2b+ai+b=7+5i\\ &\Leftrightarrow(a-b)+(3a+b)i=7+5i\\ &\Leftrightarrow \begin{cases}&a-b=7\\&3a+b=5\end{cases}\\ &\Leftrightarrow \begin{cases}&a=3\\&b=-4.\end{cases} \end{aligned}\] Vậy \(S=4a+3b=0.\)

Ví dụ 13. Cho số phức \(z=a+bi, (a,b\in \mathbb{R})\) thỏa mãn \((1+i)z+2\overline{z}=3+2i\). Tính \(S=a+b\).

A. \(S=-\displaystyle\frac{1}{2}\)

B. \(S=1\)

C. \(S=\displaystyle\frac{1}{2}\)

D. \(S=-1\)

Ta có \[\begin{aligned} (1+i)z+2\overline{z}=3+2i&\Leftrightarrow (1+i)(a+bi)+2(a-bi)=3+2i\\ &\Leftrightarrow (a-b)+(a+b)i+2a-2bi=3+2i\\ &\Leftrightarrow 3a-b+(a-b)i=3+2i\\ &\Leftrightarrow \begin{cases}&3a-b=3\\&a-b=2\end{cases}\\ &\Leftrightarrow \begin{cases}&a=\displaystyle\frac{1}{2}\\&b=-\displaystyle\frac{3}{2}.\end{cases} \end{aligned}\] Vậy \(T=a+b=-1\).

Ví dụ 14. Tìm phần thực của số phức \(z\), biết \(z(1+3i)- \overline{z}=-3+5i\).

A. \(-2\)

B. \(2\)

C. \(-1\)

D. \(1\)

Đặt \(z=a+bi\), điều kiện \(a,b \in \mathbb{R}\), ta có \[\begin{aligned} & z(1+3i)- \overline{z}=-3+5i\\ \Leftrightarrow\ & (a+bi)(1+3i)-(a-bi)=-3+5i\\ \Leftrightarrow\ & -3b + (3a+2b)i=-3+5i\\ \Leftrightarrow\ & \begin{cases}& -3b=-3\\&3a+2b =5\end{cases}\Leftrightarrow \begin{cases}&a=1\\&b=1.\end{cases} \end{aligned}\] Vậy phần thực của \(z\) bằng \(1\).

Ví dụ 15. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(\left(1-i\right)z+2i\bar{z}=5+3i\). Tính tổng phần thực và phần ảo của số phức \(w=z+2\overline{z}\).

A. \(3\)

B. \(4\)

C. \(6\)

D. \(5\)

Đặt \(z=x+yi \Rightarrow \bar{z}=x-yi\). Thay vào biểu thức trên ta được

\[(x+3y)+(x+y)i=5+3i \Rightarrow z=2+i \Rightarrow w=6-i.\]

Từ đó suy ra \(\mathrm{Re}(w)+\mathrm{Im}(w)=6+(-1)=5\).

Ví dụ 16. Tổng phần thực và phần ảo của số phức \(z\) thỏa mãn \(iz+(1-i)\overline{z}=-2i\) bằng

A. \(2\)

B. \(-2\)

C. \(6\)

D. \(-6\)

Gọi \(z=x+iy\), (\(x, y \in \mathbb{R}\)). \[\begin{aligned} iz+(1-i)\overline{z}=-2i \Leftrightarrow\ & i(x+iy)+(1-i)(x-iy)=-2i\\ \Leftrightarrow\ & (x-2y)+(2-y)i=0\\ \Leftrightarrow\ & \begin{cases}&x-2y=0\\&2-y=0\end{cases}\Leftrightarrow \begin{cases}&x=4\\&y=2.\end{cases} \end{aligned}\] Vậy \(x+y=6\).

Ví dụ 17. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(z(1-2i)+i\overline{z}=15+i\). Tìm mô-đun của số phức \(z\).

A. \(|z|=5\)

B. \(|z|=4\)

C. \(|z|=2\sqrt{5}\)

D. \(|z|=2\sqrt{3}\)

Giả sử \(z=x+yi\), \(x,y\in \mathbb{R}\). Khi đó ta có \[\begin{aligned} z(1-2i)+i\overline{z}=15+i \Leftrightarrow (x+3y)+(y-x)i=15+i \Leftrightarrow \begin{cases}&x=3\\&y=4.\end{cases} \end{aligned}\] Vậy \(|z|=5\).

Ví dụ 18. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(2z+3(1-i)\overline{z}=1-9i\). Tìm phần ảo của số phức \(\overline{z}\).

A. \( 1 \)

B. \( 3 \)

C. \( 2 \)

D. \( -3 \)

Gọi \( z=x+yi,\, x,y\in \mathbb{R} \). Theo bài ra \[\begin{aligned} &2z+3(1-i)\overline{z}=1-9i\\ \Leftrightarrow\ & 5x-3y -(3x+y)i=1-9i\\ \Leftrightarrow\ &\begin{cases}& 5x-y=1\\&3x+y=9\end{cases}\\ \Leftrightarrow\ & \begin{cases}&x=2\\&y=3.\end{cases} \end{aligned}\] Vậy phần ảo của số phức \( \overline{z} \) bằng \( -3. \)

Ví dụ 19. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(z+2\overline{z}=12-2\mathrm{i}\). Phần thực \(a\) và phần ảo \(b\) của \(z\) là

A. \(a=4,\ b=2\mathrm{i}\)

B. \(a=4,\ b=2\)

C. \(a=4,\ b=-2\)

D. \(a=4,\ b=-2\mathrm{i}\)

Ta có \(z=a+b\mathrm{i}\). Từ giả thiết suy ra \[\begin{aligned} & a+b\mathrm{i}+2(a-b\mathrm{i})=12-2i\Leftrightarrow 3a-b\mathrm{i}=12-2\mathrm{i}\\ \Leftrightarrow& \begin{cases}& 3a=12\\ &-b=-2\end{cases}\Leftrightarrow \begin{cases}& a=4\\ & b=2.\end{cases} \end{aligned}\] Vậy \(a=4,\ b=2\).

Ví dụ 20. Cho số phức \(z=a+bi\) \(\left(a,\,b\in \mathbb{R}\right)\) thỏa mãn \(3z-2\overline{z}-6+10i=0\). Tính \(a-b\).

A. \(8\)

B. \(-8\)

C. \(-4\)

D. \(4\)

Ta có \[\begin{aligned} &3z-2\overline{z}-6+10i=0\\ \Leftrightarrow\ & 3(a+bi)-2(a-bi)-6+10i=0\\ \Leftrightarrow\ & a-6+(5b+10)i=0 \\ \Leftrightarrow\ & \begin{cases}&a=6 \\ &b = -2\end{cases}. \end{aligned}\] Suy ra \(a-b=8\).

Ví dụ 21. Cho số phức \(z=a+bi\) (\(a\), \(b\in\mathbb{R}\)) và thỏa mãn điều kiện \((1+2i)z-(2-3i)\bar{z}=2+30i\). Tính tổng \(S=a+b\).

A. \(S=-2 \)

B. \(S=2 \)

C. \(S=8 \)

D. \(S=-8 \)

Ta có \[\begin{aligned} &(1+2i)(a+bi)-(2-3i)(a-bi)=2+30i\\ \Leftrightarrow\ & a-2b+2ai+bi-2a+3b+3ai+2bi=2+30i\\ \Leftrightarrow\ & \left\{ \begin{aligned} &a-2b-2a+3b=2\\ &2a+b+3a+2b=30 \end{aligned} \right.\\ \Leftrightarrow\ & \left\{ \begin{aligned} &-a+b=2\\ &5a+3b=30\end{aligned} \right.\\ \Leftrightarrow\ & \left\{ \begin{aligned} &a=3\\ &b=5. \end{aligned} \right. \end{aligned}\] Suy ra \(S=8\).

Ví dụ 22. Số phức \(z=a+bi\) \((a,b\in \mathbb{R})\) thỏa mãn \(z+1+3i-|z|i=0\). Tính \(S=a-3b\).

A. \(S=-\displaystyle\frac{7}{3}\)

B. \(S=\displaystyle\frac{7}{3}\)

C. \(S=-3\)

D. \(S=3\)

Gọi số phức \(z=a+bi\), \((a,b \in \mathbb{R})\). Ta có phương trình \[\begin{aligned} &z+1+3i-|z|i=0\Leftrightarrow (a+bi)+1+3i-i\sqrt{a^2+b^2}=0\\ \Leftrightarrow\ &(a+1)+\left(b+3-\sqrt{a^2+b^2}\right)i=0 \Leftrightarrow \begin{cases}a+1&=0\\ b+3-\sqrt{a^2+b^2}&=0\end{cases}\\ \Leftrightarrow\ &\begin{cases} a& =-1\\ b&=-\displaystyle\frac{4}{3}\end{cases} \end{aligned}\] Suy ra \(S=a-3b=3\).

Ví dụ 23. Cho số phức \(z=a+bi\) \((a,b\in \mathbb{R})\) thỏa mãn điều kiện \((1+i)z+2\overline{z}=4-3i\). Tính \(P=a+b\).

A. \(P=3\)

B. \(P=10\)

C. \(P=7\)

D. \(P=5\)

Giả sử \(z=a+bi\) với \(a,b \in \mathbb{R}\) và \(i^2=-1\). Khi đó \[\begin{aligned} &(1+i)z+2\overline{z}=4-3i\\ \Leftrightarrow &(1+i)(a+bi)+2(a-bi)=4-3i\\ \Leftrightarrow &(3a-b)+i (a-b)=4-3i\\ \Leftrightarrow &\begin{cases}3a-b&=4\\a-b&=-3\end{cases}\\ \Leftrightarrow &\begin{cases}a&=\displaystyle\frac{7}{2}\\b&=\displaystyle\frac{13}{2}.\end{cases} \end{aligned}\] Suy ra \(P=a+b=10\).

Ví dụ 24. Có bao nhiêu số phức \(z\) thỏa mãn \((1+i)z+ (2-i)\overline{z}=13+2i\).

A. \(4\)

B. \(3\)

C. \(1\)

D. \(2\)

Đặt \(z=x+yi\), với \(x,y \in \mathbb{R}\). Ta có \((1+i)(x+yi)+(2-i)(x-yi)=13+2i\). Rút gọn ta được \[\begin{aligned} &(3x-2y)-yi=13+2i\\ \Leftrightarrow\ & \begin{cases}& 3x-2y=13\\ & -y=2\end{cases}\\ \Leftrightarrow\ & \begin{cases}& x=3 \\ &y=-2.\end{cases} \end{aligned}\] Vậy có \(1\) số phức thỏa mãn đề bài.

Ví dụ 25. Cho số phức \( z \) thỏa mãn \( z+4\overline{z}=7+i(z-7) \). Khi đó, mô-đun của \( z \) bằng bao nhiêu?

A. \( |z|=\sqrt{3} \)

B. \( |z|=3 \)

C. \( |z|=\sqrt{5} \)

D. \( |z|=5 \)

Giả sử \( x=x+yi \) (\( x,\ y\in\mathbb{R} \)). Ta có \[\begin{aligned} &z+4\overline{z}=7+i(z-7)\Leftrightarrow x+yi+4(x-yi)=7+i(x+yi-7)\\ \Leftrightarrow\ & (5x+y-7)+i(-x-3y+7)=0\Leftrightarrow\begin{cases}& 5x+y-7=0\\ &-x-3y+7=0\end{cases}\Leftrightarrow\begin{cases}&x=1\\ &y=2.\end{cases} \end{aligned}\] Mô-đun của số phức \( z \) là \( |z|=\sqrt{1^{2}+2^{2}}=\sqrt{5} \).

Ví dụ 26. Tìm phần ảo của số phức \(z\) biết \(z-(2+3i)\overline{z}=1-9i\).

A. \(1\)

B. \(-2\)

C. \(-1\)

D. \(2\)

Gọi \( z=x+yi\,(x,y\in \mathbb{R}) \). Ta có \[\begin{aligned} z-(2+3i)\overline{z}=1-9i&\Leftrightarrow x+yi-(2+3i)(x-yi)=1-9i\\ &\Leftrightarrow x+yi-\left[2x+3y+(3x-2y)i\right]=1-9i\\ &\Leftrightarrow -x-3y-3(x-y)i=1-9i\\ &\Leftrightarrow \begin{cases}&-x-3y=1\\&-3(x-y)=-9\end{cases}\Leftrightarrow \begin{cases}&x=2\\&y=-1.\end{cases} \end{aligned}\] Vậy phần ảo của số phức \( z \) là \( y=-1. \)

Ví dụ 27. Cho số phức \(z\) thoả \(z-\left| z\right| =-2-4 i\). Mô-đun của \(z\) là

A. 3

B. 25

C. 5

D. 4

Đặt \(z=a+bi\) (\(a,b\in\mathbb{R}\)). Theo đề bài ta có \[a+bi - \sqrt{a^2+b^2} = -2 - 4i \Leftrightarrow \begin{cases}& a-\sqrt{a^2+b^2} = -2 \\ & b = - 4\end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases}& a = 3 \\ & b = -4.\end{cases}\] Vậy mô-đun của \(z\) là \(\sqrt{3^2 + (-4)^2} = 5\).

Ví dụ 28. Có bao nhiêu số phức \(z\) thỏa mãn \(|z|(z-6-i)+2i=(7-i)z\)?

A. 2

B. 3

C. 1

D. 4

Ta có \[\begin{aligned} &\left|z\right|(z-6-i)+2i=(7-i)z \Leftrightarrow \left(|z|-7+i\right)z=6|z|+\left(|z|-2\right)i\\ \Rightarrow\ &\big|\left(|z|-7+i\right)z\big|=\big|6|z|+\left(|z|-2\right)i\big|\\ \Leftrightarrow\ &\left[{\left(|z|-7\right)}^2+1\right]|z{|}^2=36|z{|}^2+{\left(|z|-2\right)}^2. \end{aligned}\]

Đặt \(t=|z|\) thì \(t\in \mathbb{R}\), \(t\geqslant 0\) thu được \[\begin{aligned} &t^4-14t^3+13t^2+4t-4=0 \Leftrightarrow (t-1)(t^3-13t^2+4)=0\\ \Leftrightarrow\ &\left[\begin{aligned} &t=1 \\ &t\approx 12{,}96 \\ &t\approx 0{,}56 \\ &t\approx -0{,}5\end{aligned}\right. \end{aligned}\]

Lần lượt thay \(t\) vào phương trình đã cho, ta được 3 giá trị \(z\) thỏa mãn.

Ví dụ 29. Cho số phức \(z=a+bi\) (\( a,b\) là các số thực) thỏa mãn \(z\cdot|z|+2z+i=0\). Tính giá trị của biểu thức \(T=a+b^2\)

A. \(T=4\sqrt{3}-2\)

B. \(T=3+2\sqrt{2}\)

C. \(T=3-2\sqrt{2}\)

D. \(T=4+2\sqrt{3}\)

Ta có \((a+bi)\cdot\sqrt{a^2+b^2}+2(a+bi)+i=0\). Suy ra

\[\begin{cases}& a\cdot\sqrt{a^2+b^2} +2a=0 \\ & b\cdot\sqrt{a^2+b^2} +2b+1=0 \end{cases} \Leftrightarrow\begin{cases}& a=0 \\ & b\cdot|b| +2b+1=0.\end{cases}\]

Với \(b\geq 0\) thì \((*)\Leftrightarrow b^2+2b+1=0 \Leftrightarrow b=-1 \) (loại).

Với \(b < 0\) thì \((*)\Leftrightarrow -b^2+2b+1=0 \Leftrightarrow b=1\pm \sqrt{2} \). Nhận giá trị \(b=1 - \sqrt{2} \).

Vậy \(T=a+b^2=3-2\sqrt{2}\).

Ví dụ 30. Tìm mô-đun của số phức \(z\) biết \(z - 4 = \left(1 + \mathrm{i}\right)\left\vert z\right\vert - \left(4 + 3z\right)\mathrm{i}\).

A. \(\left\vert z\right\vert = 4\)

B. \(\left\vert z\right\vert = 1\)

C. \(\left\vert z\right\vert = \displaystyle\frac{1}{2}\)

D. \(\left\vert z\right\vert = 2\)

\[\begin{aligned} &z - 4 = \left(1 + \mathrm{i}\right)\left\vert z\right\vert - \left(4 + 3z\right)\mathrm{i}\Leftrightarrow \left(1 + 3\mathrm{i}\right)z = \left(1 + \mathrm{i}\right)\left\vert z\right\vert + 4\left(1 - \mathrm{i}\right)\\ \Leftrightarrow\ &z = \displaystyle\frac{1 + \mathrm{i}}{1 + 3\mathrm{i}}\cdot \left\vert z\right\vert + 4\cdot \displaystyle\frac{1 - \mathrm{i}}{1 + 3\mathrm{i}}\Leftrightarrow z = \displaystyle\frac{\left(1 + \mathrm{i}\right)\left(1 - 3\mathrm{i}\right)}{\left(1 + 3\mathrm{i}\right)\left(1 - 3\mathrm{i}\right)}\cdot \left\vert z\right\vert + 4\cdot \displaystyle\frac{\left(1 - \mathrm{i}\right)\left(1 - 3\mathrm{i}\right)}{\left(1 + 3\mathrm{i}\right)\left(1 - 3\mathrm{i}\right)}\\ \Leftrightarrow\ &z = \left(\displaystyle\frac{2}{5} - \displaystyle\frac{1}{5} \mathrm{i}\right)\cdot \left\vert z\right\vert - 4\cdot\left(\displaystyle\frac{1}{5} + \displaystyle\frac{2}{5}\mathrm{i}\right) = \Leftrightarrow z = \left(\displaystyle\frac{2}{5}\left\vert z\right\vert - \displaystyle\frac{4}{5}\right) - \left(\displaystyle\frac{\left\vert z\right\vert}{5} + \displaystyle\frac{8}{5}\right)\mathrm{i}. \end{aligned}\]

Khi đó

\[\begin{aligned} &\left\vert z\right\vert^{2} = \left(\displaystyle\frac{2}{5}\left\vert z\right\vert - \displaystyle\frac{4}{5}\right)^{2} + \left(\displaystyle\frac{\left\vert z\right\vert}{5} + \displaystyle\frac{8}{5}\right)^{2}\\ \Leftrightarrow\ &25\left\vert z\right\vert^{2} = \left(2\left\vert z\right\vert - 4\right)^{2} + \left(\left\vert z\right\vert + 8\right)^{2} \end{aligned}\]

\[\begin{aligned} \Leftrightarrow 25\left\vert z\right\vert^{2} = 4\left\vert z\right\vert^{2} - 16\left\vert z\right\vert + 16 + \left\vert z\right\vert^{2} + 16\left\vert z\right\vert + 64\Leftrightarrow 20\left\vert z\right\vert^{2} = 80\Leftrightarrow \left\vert z\right\vert = 2\ \vee\ \left\vert z\right\vert = - 2. \end{aligned}\]

Suy ra \(\left\vert z\right\vert = 2\).

Ví dụ 31. Cho số phức \(z=a+bi,\ (a,b\in\mathbb{R})\) thỏa mãn \(z+7+i-|z|(2+i)=0\) và \(|z|<3\). Tính \(P=a+b\).

A. \(P=5\)

B. \(P=-\displaystyle\frac{1}{2}\)

C. \(P=7\)

D. \(P=\displaystyle\frac{5}{2}\)

\(z+7+i-|z|(2+i)=0\Leftrightarrow a+7+(b+1)i-2\sqrt{a^2+b^2}-\sqrt{a^2+b^2}i=0\Leftrightarrow \begin{cases}&a+7=2\sqrt{a^2+b^2}\ (1)\\&\sqrt{a^2+b^2}=b+1\ (2)\end{cases}\).

Suy ra \(a+7=2(b+1)\Rightarrow a=2b-5\) thế vào \((2)\) ta được

\(\sqrt{(2b-5)^2+b^2}=b+1\Leftrightarrow \begin{cases}&b\ge -1\\&4b^2-22b+24=0\end{cases}\Leftrightarrow \begin{cases}&b\ge -1\\ &b=4;\ b=\displaystyle\frac{3}{2}\end{cases}\).

Với \(b=4\Rightarrow a=3\Rightarrow |z|=5>3\) (không thỏa mãn).

Với \(b=\displaystyle\frac{3}{2}\Rightarrow a=-2\Rightarrow |z|=\displaystyle\frac{5}{2}<3\).

Vậy \(z=-2+\displaystyle\frac{3}{2}i\Rightarrow P=a+b=-\displaystyle\frac{1}{2}\).

Ví dụ 32. Cho số phức \( z=a+bi \) với \( a,b \in \mathbb{R} \) thỏa \( z+2i+1=|z|(1+i) \) và \( |z| >1 \). Tính \( P=a-b \).

A. \( P=-3 \)

B. \( P=3 \)

C. \( P=-1 \)

D. \( P=1 \)

Từ giả thiết \( z+2i+1=|z|(1+i) \) suy ra \[(a+1)+(b+2)i=\sqrt{a^2+b^2} +i\cdot \sqrt{a^2+b^2} \Leftrightarrow \begin{cases} a+1&=\sqrt{a^2+b^2}\\ b+2&=\sqrt{a^2+b^2} \end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases} a &\ge -1\\ a&=b+1\\ (b+2)^2&=(b+1)^2+b^2 \ \ (1). \end{cases}\]

Từ \( (1) \Leftrightarrow b^2-2b-3=0 \Leftrightarrow b=-1;\ b=3.\)

Khi \( b=-1 \Rightarrow a=0 \Rightarrow |z|=1 \). Trường hợp này loại vì \( |z| >1 \).

Khi \( b=3 \Rightarrow a=4 \Rightarrow |z|=5 >1 \). Trường hợp này nhận, vậy \( P=a-b=1 \).

Ví dụ 33. Tính mô-đun của số phức \(z\) thỏa mãn \((1+i)z\left|z \right| -1=(i-2)\left|z\right|\).

A. \(\left|z\right|=1\)

B. \(\left|z\right|=4\)

C. \(\left|z\right|=2\)

D. \(\left|z\right|=3\)

Ta thấy \((1+i)z\left|z \right| -1=(i-2)\left|z\right|\Leftrightarrow (1+i)z|z|=(i-2)|z|+1\).

Lấy mô-đun hai vế ta được

\[\begin{aligned} &|i+1||z|^2=\left||z|i+1-2|z|\right|\\ \Leftrightarrow\ &\sqrt{2}|z|^2=\sqrt{(1-2|z|)^2+|z|^2}\\ \Leftrightarrow\ &2|z|^4=(1-2|z|)^2+|z|^2\\ \Leftrightarrow\ &2|z|^4-5|z|^2+4|z|-1=0\\ \Leftrightarrow\ &|z|=1,\ 2|z|^3+2|z|^2-3|z|+1=0. \end{aligned}\]

Ta chứng minh phương trình \(2|z|^3+2|z|^2-3|z|+1=0\) vô nghiệm.

Đặt \(t=|z|\) điều kiện \(t\ge 0\). Xét hàm số \(f(t)=2t^3+2t^2-3t+1\).

Ta có \(f'(t)=6t^2+4t-3; f'(t)=0 \Leftrightarrow 6t^2+4t-3=0 \Leftrightarrow t=\displaystyle\frac{-2+\sqrt{22}}{6};\ t=\displaystyle\frac{-2-\sqrt{22}}{6}\text{ (loại)}\).

Ta có bảng biến thiên sau

Từ bảng biến thiên ta thấy \(f(t)\ge \displaystyle\frac{116-22\sqrt{22}}{54}>0,\forall t\ge 0\). Suy ra \(f(t)=0\) vô nghiệm.

Vậy \(|z|=1\).

Ví dụ 34. Cho số phức \(z=a+bi (a,b \in \mathbb{R})\) thỏa mãn \(z+2+i-|z|(1+i)=0\) và \(|z|>1\). Tính \(P=a+b\).

A. \(P=-1\)

B. \(P=-5\)

C. \(P=3\)

D. \(P=7\)

Thay \(z=a+bi\) vào phương trình ta có \[\begin{aligned} & z+2+i-|z|(1+i)=0 \\ \Leftrightarrow & a+bi+2+i-\sqrt{a^2+b^2}(1+i)=0\\ \Leftrightarrow & \left(a+2-\sqrt{a^2+b^2}\right)+i\left(b+1-\sqrt{a^2+b^2}\right)=0\\ \Leftrightarrow & \begin{cases}& a+2=\sqrt{a^2+b^2}\\ & b+1=\sqrt{a^2+b^2}\end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases}& a=b-1 \\ & b+1=\sqrt{2b^2-2b+1}\end{cases}\\ \Rightarrow & b^2-4b=0 \Leftrightarrow b=0 \Rightarrow a=-1 \quad \text{(loại)},\quad b=4 \Rightarrow a=3\,\, (\text{thỏa mãn}). \end{aligned}\] Vậy \(P=3+4=7\).

Ví dụ 35. Cho số phức \(z=a + bi\) \(\left(a, b\in \mathbb{R}\right)\) thỏa mãn \(z + 3 + 2i=\left(|z|+ 1\right)(1 + i)\) và \(|z|>1\). Tính \(P=a - b\).

A. \(P=-1\)

B. \(P= - 5\)

C. \(P=3\)

D. \(P=7\)

\[\begin{aligned} &z + 3 + 2i=\left(|z|+ 1\right)(1 + i)\Leftrightarrow a + bi + 3 + 2i=\left(\sqrt{a^2 + b^2} + 1\right)(1 + i)\\ \Leftrightarrow& a + bi + 3 + 2i=\sqrt{a^2 + b^2} + \sqrt{a^2 + b^2} \cdot i + 1 + i\\ \Leftrightarrow& \begin{cases} & a + 3=\sqrt{a^2 + b^2} + 1 \\ & b + 2=\sqrt{a^2 + b^2} + 1\end{cases} \Rightarrow a - b= - 1. \end{aligned}\]

Ví dụ 36. Cho số phức \(z=a+bi\) (\( a,b\) là các số thực) thỏa mãn \(z\cdot|z|+2z+i=0\). Tính giá trị của biểu thức \(T=a+b^3+5\sqrt{2}.\)

A. \(T=4\)

B. \(T=5\)

C. \(T=7\)

D. \(T=6\)

Ta có \((a+bi)\cdot\sqrt{a^2+b^2}+2(a+bi)+i=0.\) Suy ra

\[\begin{cases}& a\cdot\sqrt{a^2+b^2} +2a=0 \\ & b\cdot\sqrt{a^2+b^2} +2b+1=0 \end{cases} \Leftrightarrow\begin{cases}& a=0 \\& b\cdot|b| +2b+1=0 \quad (*)\end{cases}\]

Với \(b\geq 0\) thì \((*)\Leftrightarrow b^2+2b+1=0 \Leftrightarrow b=-1 \) (loại).

Với \(b< 0\) thì \((*)\Leftrightarrow -b^2+2b+1=0 \Leftrightarrow b=1\pm \sqrt{2} \). Nhận giá trị \(b=1 - \sqrt{2} \).

Vậy \(T=a+b^2=3-2\sqrt{2}\).

Ví dụ 37. Cho số phức \(z=a+bi, (a,b \in \mathbb{R})\) thỏa mãn \(z+1+2i-(1+1)|z|=0\) và \(|z|>1\). Tính giá trị của biểu thức \(P=a+b\).

A. \(P=3\)

B. \(P=-1\)

C. \(P=7\)

D. \(P=-5\)

Với \(z=a+bi\) ta có: \[\begin{aligned} &z+1+2i-(1+1)|z|=0 \Leftrightarrow a+bi+1+2i=(1+i)\sqrt{a^2+b^2}\\ \Leftrightarrow\ &\begin{cases}&a+1=\sqrt{a^2+b^2}\\&b+2=\sqrt{a^2+b^2}\end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases}&a^2+2a+1=a^2+b^2\\&b^2+2b+1=a^2+b^2\, (a\geq -1, b\geq -2)\end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases}&2a=b^2-1 & (1)\\&16b+16=(b^2-1)^2 & (2)\end{cases} \end{aligned}\]

Ta có (2) \(\Leftrightarrow b^4-2b^2-16b-15=0 \Leftrightarrow (b+1)(b-3)(b^2+2b+5)=0 \Leftrightarrow b=-1 \vee\ b=3.\)

Với \(b=-1 \Rightarrow a=0 \Rightarrow z=-i\) (không thỏa mãn \(|z|>1\)).

Với \(b=3 \Rightarrow a=4 \Rightarrow z=3+4i\) (thỏa mãn).

Vậy \(P=a+b=7\).

Ví dụ 38. Cho số phức \(z = a + bi\) với \(a, b \in \mathbb{R}\) thỏa mãn \(z + 1 + 3i - \left|z\right|i = 0\). Tính \(S = a + 3b\).

A. \(S = - 5\)

B. \(S = \displaystyle\frac{7}{3}\)

C. \(S = - \displaystyle\frac{7}{3}\)

D. \(S = 5\)

Ta có \(z = a + bi \Rightarrow \left|z\right| = \sqrt{a^2 + b^2}\). Khi đó \[\begin{aligned} &z + 1 + 3i - \left|z\right|i = 0 \Leftrightarrow a + bi + 1 + 3i - \sqrt{a^2 + b^2}i = 0\\ \Leftrightarrow & \begin{cases}&a + 1 = 0\\&b + 3 - \sqrt{a^2 + b^2} = 0\end{cases}\\ \Leftrightarrow & \begin{cases}&a = - 1\\&\sqrt{b^2 + 1} = b + 3\end{cases}\\ \Leftrightarrow & \begin{cases}&a = - 1\\&b = - \displaystyle\frac{4}{3}.\end{cases} \end{aligned}\] \(\Rightarrow S = a + 3b = - 1 - 4 = - 5\).

Dạng 3. Tìm số phức \(z\) thõa mãn các điều kiện cho trước

Ví dụ 1. Cho số phức \(z\), biết rằng các điểm biểu diễn hình học của số phức \(z\), \(iz\) và \(z+iz\) tạo thành một tam giác có diện tích bằng \(18\). Tính mô-đun của số phức \(z\).

A. \(\vert z \vert =2\sqrt{3}\)

B. \(\vert z \vert =3\sqrt{2}\)

C. \(\vert z \vert =6\)

D. \(\vert z \vert =9\)

Đặt \(z=x+yi,(x,y\in \mathbb{R})\), ta có \[iz=i(x+yi)=-y+xi\quad \text{và}\quad (z+iz=x+yi-y+xi=x-y+(x+y)i.\]

Gọi \(A(x;y)\), \(B(-y;x)\), \(C(x-y;x+y)\) là các điểm biểu diễn của \(z\), \(iz\), \(z+iz\).

Ta có \(AB=\sqrt{(-x-y)^2+(x-y)^2}\), \(AC=\sqrt{(-y)^2+x^2}\), \(BC=\sqrt{x^2+y^2}\)

\(\Rightarrow AB^2=AC^2+BC^2\Rightarrow \triangle ABC\) vuông tại \(C\).

Khi đó \(S_{\triangle ABC}=\displaystyle\frac{1}{2}AC\cdot BC=\displaystyle\frac{1}{2}(x^2+y^2)=18\Rightarrow \sqrt{x^2+y^2}=6=\vert z \vert \).

Ví dụ 2. Trong mặt phẳng phức, gọi \(A,B,C\) là ba điểm lần lượt biểu diễn ba số phức \(z_1,z_2,z_3\) thỏa mãn \(\left|z_1 \right|=\left|z_2 \right|=\left|z_3 \right|=1\) và \(\left|z_1 -z_2 \right|=2\). Khi đó tam giác \(ABC\)

A. Đều

B. Vuông

C. Cân (không đều)

D. Có một góc tù

Theo giả thiết, tam giác \(ABC\) nội tiếp đường tròn \((O;1)\) có \(AB=2\). Suy ra tam giác \(ABC\) vuông tại \(C\).

Ví dụ 3. Cho số phức \(z=1+i.\) Biết rằng tồn tại các số phức \(z_1 = a+5i, z_2 = b\) (trong đó \(a, b \in \mathbb{R}, b>1)\) thỏa mãn \(\sqrt{3} |z-z_1 |=\sqrt{3} |z-z_2 |=|z_1 -z_2 |.\) Tính \(b-a.\)

A. \(b-a=5\sqrt{3}\)

B. \(b-a=2\sqrt{3}\)

C. \(b-a=4\sqrt{3}\)

D. \(b-a=3\sqrt{3}\)

Đặt \(M(1;1), N(a;5), P(b;0) (b>1)\) lần lượt là các điểm biểu thị cho các số phức \(z, z_1, z_2.\)

Ta có \(\overrightarrow{MN}=(a-1;4)\), \(\overrightarrow{MP}=(b-1;-1)\) nên

\[\left\{\begin{aligned}&|\overrightarrow {MN}|=|\overrightarrow {MP}|\\ &\cos 120^\circ = \displaystyle\frac{\overrightarrow {MN} \cdot \overrightarrow {MP}}{ |\overrightarrow {MN}|\cdot |\overrightarrow {MP}|}\end{aligned}\right. \Rightarrow \left\{\begin{aligned}&(a-1)^2 +16=(b-1)^2 +1 \\ &-\displaystyle\frac{1}{2} = \displaystyle\frac{(a-1)(b-1)-4}{(a-1)^2 +16}\\ \Rightarrow\ &\left\{\begin{aligned} &(a-1)^2 -(b-1)^2 =-15\\ &(a-1)^2 +2(a-1)(b-1)=-8\end{aligned}\right. \,\,(*)\end{aligned}\right.\]

Đặt \(x=a-1, y=b-1 (y>0)\) thì

\[\left\{\begin{aligned}&x^2 +y^2 =-15\\ &x^2 +2xy=-8\end{aligned}\right.\Rightarrow 7x^2 +30xy+8y^2=0.\]

Tìm được \(\left[\begin{aligned} &x=-\displaystyle\frac{2}{7} y\\ &x=-4y\end{aligned}\right.

Thay vào (*) thì thấy chỉ có \(x=\displaystyle\frac{-2}{7} y\) thỏa mãn.

Lúc này \(y^2 = \displaystyle\frac{49}{3}.\) Do \(y>0 \Rightarrow y=\displaystyle\frac{7}{\sqrt{3}}x=\displaystyle\frac{-2}{\sqrt{3}}.\)

Vậy \(b-a=y-x=3\sqrt{3}.\)

Ví dụ 4. Cho hai số phức \(z_1\), \(z_2\) thỏa mãn \(|z_1|=2\), \(|z_2|=\sqrt{3}\). Gọi \(M\), \(N\) là các điểm biểu diễn cho \(z_1\) và \(iz_2\). Biết \(\widehat{MON}=30^\circ\). Tính \(S=\left|z_1^2+4z_2^2\right|\).

A. \(5\sqrt{2}\)

B. \(3\sqrt{3}\)

C. \(4\sqrt{7}\)

D. \(\sqrt{5}\)

Ta có \(S=\left|z_1^2+4z_2^2\right|=\left|z_1^2-(2iz_2)^2\right|=|z_1-2iz_2|\cdot|z_1+2iz_2|\).

Áp dụng định lí cosin

\[|2iz_2-z_1|^2=|z_1|^2+|2iz_2|^2-2|z_1|\cdot |2iz_2|\cdot \cos30^{\circ}=2^2+(2\sqrt{3})^2-2\cdot 2\cdot 2\sqrt{3}\cdot \dfrac{\sqrt{3}}{2}=4.\]

Áp dụng hệ thức cạnh và đường chéo trong hình bình hành

\[\begin{aligned} |z_1+2iz_2|^2=\ &2(|z_1|^2+|2iz_2|^2)-|z_1-2iz_2|^2\\ =\ &2\left[2^2+(2\sqrt{3})^2\right]-4=28. \end{aligned}\]

Vậy \(S=|z_1-2iz_2|\cdot|z_1+2iz_2|=\sqrt{4\cdot 28}=4\sqrt{7}\).

Ví dụ 5. Gọi \(A\), \(B\), \(C\) lần lượt là điểm biểu diễn của các số phức \(z\), \(iz\), \(2z\). Biết diện tích tam giác \(ABC\) bằng \(4\). Mô-đun của số phức \(z\) bằng

A. \( \sqrt{2}\)

B. \( 8\)

C. \( 2\)

D. \(2\sqrt{2} \)

Gọi \(z=a+bi\) với \(a,b \in \mathbb{R}\) \( \Rightarrow A(a;b)\), \(iz=-b+ai \Rightarrow B(-b;a)\), \(C(2a;2b)\).

Ta thấy \(OB \perp AC\) nên \(S_{ABC}=\displaystyle\frac{1}{2} \mathrm{d}(B,AC) \cdot AC\).

Ta có phương trình \(AC\) là \(-bx+ay=0 \Rightarrow \mathrm{d}(B,AC)=\sqrt{a^2+b^2}=|z|=AC\)

\( \Rightarrow \displaystyle\frac{1}{2}|z| \cdot |z|=4 \Rightarrow |z|=2\sqrt{2}\).

Ví dụ 6. Cho số phức \(z=a+bi\left(a,b\in \mathbb{R}\right)\) thỏa mãn điều kiện \(\left|z^2+4\right|=2\left|z\right|\). Đặt \(P=8(b^2-a^2)-12\). Khẳng định nào dưới đây đúng?

A. \(P=\left(\left|z\right|-2\right)^2\)

B. \(P=\left(\left|z\right|^2-4\right)^2\)

C. \(P=\left(\left|z\right|-4\right)^2\)

D. \(P=\left(\left|z\right|^2-2\right)^2\)

\[\begin{aligned} &\left|z^2+4\right|=2\left|z\right|\\ \Leftrightarrow\ & \left|a^2-b^2+4-2abi\right|=2\left|\sqrt{a^2+b^2}\right|\\ \Leftrightarrow\ & \left(a^2-b^2+4\right)^2+4a^2b^2=4\left(a^2+b^2\right)\\ \Leftrightarrow & \left(a^2-b^2\right)^2+4a^2b^2+8\left(a^2-b^2\right)+16=4\left(a^2+b^2\right)\\ \Leftrightarrow\ & \left(a^2+b^2\right)^2+8\left(a^2-b^2\right)+16-4\left(a^2+b^2\right)=0\\ \Leftrightarrow\ &\left(a^2+b^2\right)^2-4\left(a^2+b^2\right)+4=8\left(b^2-a^2\right)-12\\ \Leftrightarrow\ & \left(a^2+b^2-2\right)^2=8\left(b^2-a^2\right)-12\\ \Leftrightarrow\ & \left(\left|z\right|^2-2\right)^2=8\left(b^2-a^2\right)-12. \end{aligned}\]

Vậy \(P=\left(\left|z\right|^2-2\right)^2\).

Ví dụ 7. Cho ba số phức \(z_1\), \(z_2\), \(z_3\) không phải là số thuần thực, thỏa mãn điều kiện \(z_1+z_2=4\) và \(|z_1-2|=|z_2-2|=|z_3-2|=1\). Tính giá trị biểu thức \(T=|z_3-z_1|^2+|z_3-z_2|^2\).

A. \(T=12\)

B. \(T=1\)

C. \(T=4\)

D. \(T=8\)

Gọi \(A, B, C\) lần lượt là điểm biểu diễn của \(z_1, z_2,z_3\) trên mặt phẳng tọa độ.

Từ giả thiết \(|z_1 - 2| = |z_2 - 2| = |z_3 - 2| = 1\) suy ra \(A,B,C\) thuộc đường tròn tâm \(I(2; 0)\) bán kính \(R = 1\).

Từ giả thiết \(z_1 + z_2 = 4\) suy ra \(I\) là trung điểm của \(AB\) nên \(AB = 2R = 2\).

\(T = |z_2 - z_1|^2 + |z_3 - z_2|^2 = AC^2 + BC^2 = AB^2 = 4R^2 = 4\).

Ví dụ 8. Cho các số phức \(z_1,\ z_2,\ z_3\) thỏa mãn điều kiện \(|z_1|=4\), \(|z_2|=3\), \(|z_3|=2\) và \(|4z_1\cdot z_2+16z_2\cdot z_3+9z_1\cdot z_3|=48\). Giá trị của biểu thức \(P=|z_1+z_2+z_3|\) bằng

A. \(1\)

B. \(8\)

C. \(2\)

D. \(6\)

Chú ý rằng \(z_1\overline{z_1}=|z_1|^2=16\), \(z_2\overline{z_2}=|z_2|^2=9\), \(z_3\overline{z_3}=|z_3|^2=4\).

\[\begin{aligned} &|4z_1\cdot z_2+16z_2\cdot z_3+9z_1\cdot z_3|=48\\ \Leftrightarrow\ &|z_3\overline{z_3}z_1z_2+z_1\overline{z_1}z_2z_3+z_2\overline{z_2}z_1z_3|=48\\ \Leftrightarrow\ &|z_1z_2z_3|\cdot |\overline{z_3}+\overline{z_1}+\overline{z_2}|=48\\ \Leftrightarrow\ &|z_1|\cdot |z_2|\cdot |z_3|\cdot |\overline{z_3+z_1+z_2}|=48\\ \Leftrightarrow\ &4\cdot 3\cdot 2\cdot |z_3+z_1+z_2|=48\\ \Leftrightarrow\ &|z_3+z_1+z_2|=2. \end{aligned}\]

Vậy \(P=2\).

Ví dụ 9. Cho hai số phức \(z_1,z_2\) thỏa mãn \(|3z-i|=|3+iz|\). Biết rằng \(|z_1-z_2|=\sqrt{3}\). Tính giá trị biểu thức \(P=|z_1+z_2|\).

A. \(P=2\sqrt{2}\)

B. \(P=\displaystyle\frac{1}{2}\)

C. \(P=\displaystyle\frac{3}{2}\)

D. \(P=1\)

Gọi \(A,B\) là hai điểm biểu diễn số phức \(z_1,z_2\) trong mặt phẳng tọa độ \(Oxy\).

Gọi \(z=x+yi,(x,y \in \mathbb{R}\)).

Ta có \(|3z-i|=|3+iz| \Leftrightarrow x^2+y^2=1\).

Suy ra \(A,B\) nằm trên đường tròn tâm \(O\) bán kính \(1\).

Từ \(|z_1-z_2|=\sqrt{3}\) ta có khoảng cách \(AB=\sqrt{3}\).

Không mất tính tổng quát, ta vẽ hai điểm \(A,B\) đối xứng nhau qua trục tung thỏa \(AB=\sqrt{3}\).

Gọi \(I\) là trung điểm \(AB\) suy ra \(A=(\displaystyle\frac{\sqrt{3}}{2};\displaystyle\frac{1}{2})\) và \(B(\displaystyle\frac{\sqrt{3}}{2}; \displaystyle\frac{1}{2})\).

Vậy \(|z_1+z_2|=1\).

Ví dụ 10. Số phức \( z = a + bi \quad (a, b \in \mathbb{R}) \) thỏa mãn \( \left| z - 2 \right| = \left| z \right| \) và \( (z + 1)(\overline{z} - i) \) là số thực. Giá trị của biểu thức \( S = a + 2b \) bằng bao nhiêu?

A. \( S = -3 \)

B. \( S = 0 \)

C. \( S = -1 \)

D. \( S = 1 \)

\( |z-2|=|z|\Leftrightarrow \sqrt{(a-2)^2+b^2}=\sqrt{a^2+b^2}\Leftrightarrow (a-2)^2=a^2\Leftrightarrow a=1 \).

\( (z + 1)(\overline{z} - i)=(a+1+bi)(a-bi-i)=a(a+1)+b(b+1)-(a+b+1)i \).

Vì \((z + 1)(\overline{z} - i)\) là số thực nên \( a+b+1=0\Rightarrow b=-2 \).

Vậy \( S=a+2b=-3 \).

Ví dụ 11. Cho các số phức \(z_1,z_2\) thỏa mãn \(|z_1|=1;|z_2|=2\) và \(z_1\cdot\overline{z_2}\) là số thuần ảo, tính \(|z_1-z_2|\).

A. \(\sqrt{2}\)

B. \(\sqrt{3}\)

C. \(2\)

D. \(\sqrt{5}\)

Vì \(z_1\overline{z_2}\) là số thuần ảo nên \(z_1\overline{z_2}+\overline{z_1\overline{z_2}}=0\).

Ta có \(|z_1-z_2|^2=(z_1-z_2)(\overline{z_1}-\overline{z_2})=|z_1|^2+|z_2|^2-(z_1\overline{z_2}+z_2\overline{z_1})=5-(z_1\overline{z_2}+\overline{z_1\overline{z_2}})=5.\)

Vậy \(|z_1-z_2|=\sqrt{5}.\)

Ví dụ 12. Cho số phức \(z\). Gọi \(A\), \(B\) lần lượt là các điểm trong mặt phẳng \(Oxy\) biểu diễn các số phức \(z\) và \((1+i)z\). Tính \(\left|z\right|\) biết diện tích tam giác \(OAB\) bằng \(8\).

A. \(\left|z\right|=4\)

B. \(\left|z\right|=2\sqrt{2}\)

C. \(\left|z\right|=4\sqrt{2}\)

D. \(\left|z\right|=2\)

Đặt \(z=a+bi\) với \(z\ne 0\).

\((1+i)z=(1+i)(a+bi)=a-b+(a+b)i\).

Suy ra \(A(a;b)\), \(B(a-b;a+b)\), \(\overrightarrow{AB}=(-b;a)\), \(AB=\sqrt{a^2+b^2}\)

Đường thẳng \(AB: a(x-a)+b(y-b)=0 \Leftrightarrow ax+by-a^2-b^2=0\).

Chiều cao hạ từ \(O\) của tam giác \(OAB\) là \(h=\mathrm{d}(O,AB)=\displaystyle\frac{\left|-a^2-b^2\right|}{\sqrt{a^2+b^2}}=\sqrt{a^2+b^2}\).

Diện tích tam giác \(OAB\) bằng \(8\) nên \[\displaystyle\frac{1}{2}\cdot {\left(\sqrt{a^2+b^2}\right)}^2=8 \Leftrightarrow \sqrt{a^2+b^2}=4 \Leftrightarrow \left|z\right|=4.\]

Ví dụ 13. Cho số phức \(z=a+bi~(a,~b\in\mathbb{R})\) thỏa mãn \(|z|=5\) và \(z(2+i)(1-2i)\) là một số thực. Tính \(P=|a|+|b|\).

A. \(P=8\)

B. \(P=4\)

C. \(P=5\)

D. \(P=7\)

Ta có \[z(2+i)(1-2i)=(a+bi)(4-3i)=4a+3b+(-3a+4b)i.\qquad(1)\] Do \(z(2+i)(1-2i)\) là một số thực nên từ (1) suy ra \(-3a+4b=0\Leftrightarrow b=\displaystyle\frac{3}{4}a\).\quad (2)

Mặt khác \(|z|=5\Leftrightarrow a^2+b^2=25.\qquad(3)\)

Thế (2) vào (3) ta được phương trình \[a^2+\left(\displaystyle\frac{3}{4}a\right)^2=25\Leftrightarrow a^2=16\Leftrightarrow a=\pm4.\] Với \(a=4\Rightarrow b=3\) và \(a=-4\Rightarrow b=-3\).

Vậy \(P=|a|+|b|=3+4=7\).

Ví dụ 14. Cho \(z_1\), \(z_2\) là các số phức thỏa mãn \(|z_1|=|z_2|=1\) và \(|z_1-2z_2|=\sqrt{6}\). Tính giá trị của biểu thức \(P=|2z_1+z_2|\).

A. \(P=2\)

B. \(P=\sqrt{3}\)

C. \(P=3\)

D. \(P=1\)

Đặt \(z_1=a_1+b_1i\); \(z_2=a_2+b_2i\). Suy ra \(a_1^2+b_1^2=a_2^2+b_2^2=1\).

Và \(|z_1-2z_2|=\sqrt{6}\Leftrightarrow a_1a_2+b_1b_2=-\displaystyle\frac{1}{4}\).

Suy ra \(P=|2z_1+z_2|=2\).

Ví dụ 15. Cho hai số phức \(z_1\), \(z_2\) thỏa mãn \(\left|z_1\right|=\left|z_2\right|=2\), \(\left|z_1+z_2\right|=2\sqrt{3}\). Tính \(\left|z_1-z_2\right|\).

A. \(\left|z_1-z_2\right|=\sqrt{3}\)

B. \(\left|z_1-z_2\right|=2\)

C. \(\left|z_1-z_2\right|=3\)

D. \(\left|z_1-z_2\right|=0\)

Gọi \(A\), \(B\) lần lượt là các điểm biểu diễn sác số phức \(z_1\), \(z_2\). Khi đó \(OA=\left|z_1\right|=2\), \(OB=\left|z_2\right|=2\).

Dựng hình thoi \(OACB\), khi đó \(C\) là điểm biểu diễn số phức \(z_1+z_2\). Do đó \(OC=\left|z_1+z_2\right|=2\sqrt{3}\).

Gọi \(I\) là tâm hình thoi \(OACB\), ta có \(OI=\displaystyle\frac{OC}{2}=\sqrt{3}\).

Từ đó \(IA=\sqrt{OA^2-OI^2}=1\). Suy ra \(AB=2IA=2\).

Bởi vậy \(\left|z_1-z_2\right|=AB=2\).

Ví dụ 16. Có bao nhiêu số phức \( z \) thỏa mãn \( \left |z-1-3i\right | =3\sqrt{2} \) và \( \left(z+2i\right)^2 \) là số thuần ảo?

A. \( 1 \)

B. \( 2 \)

C. \( 3 \)

D. \( 4 \)

Gọi \( z=a+bi , a,b\in \mathbb{R}\).

Ta có \( \left |z-1-3i\right | =3\sqrt{2}\Leftrightarrow (a-1)^2+(b-3)^2 =18.\quad (1) \)

Mặt khác \( \left(z+2i\right)^2 =\left( a+(b+2)i\right)^2 = a^2-(b+2)^2+2a(b+2)i \) là số thuần ảo nên \(a=b+2,\ a=-b-2.\)

Nếu \(a=b+2\) thế vào phương trình \( (1) \) ta có \( (b+1)^2 +(b-3)^2 =18\Leftrightarrow b=1+\sqrt{5} \Rightarrow a=3+\sqrt{5}\ \vee\ b=1-\sqrt{5}\Rightarrow a=3-\sqrt{5}.\)

Nếu \( a=-b-2 \) thế vào phương trình \( (1) \) ta có \( (b+3)^2+(b-3)^2=18\Leftrightarrow b=0\Rightarrow a=-2. \)

Vậy có \( 3 \) số phức thỏa mãn yêu cầu bài toán.

Ví dụ 17. Cho hai số phức \(z_1,z_2\) thỏa mãn \(|z_1|=1\), \(|z_2|=2\) và \(|z_1+z_2|=3\). Giá trị của \(|z_1-z_2|\) là

A. \(0\)

B. \(1\)

C. \(2\)

D. \(\sqrt{3}\)

Sử dụng hệ thức giữa cạnh và đường chéo trong hình bình hành.

Ví dụ 18. Cho ba số phức \(z_1,z_2,z_3\) phân biệt thỏa mãn \(|z_1|=|z_2|=|z_3|=3\) và \(\overline{z}_1+\overline{z}_2=\overline{z}_3\). Biết \(z_1,z_2,z_3\) lần lượt được biểu diễn bởi các điểm \(A,B,C\) trên mặt phẳng phức. Tính góc \(\widehat{ACB}\).

A. \(150^{\circ}\)

B. \(90^{\circ}\)

C. \(120^{\circ}\)

D. \(45^{\circ}\)

Viết \(z_1=a_1+b_1i, z_2=a_2+b_2i, z_3=a_3+b_3i\), \(a_1, a_2, a_3, b_1, b_2, b_3\in\mathbb{R}\). Khi đó, ta có hệ: \[\begin{aligned} &\begin{cases}&a_1^2+b_1^2=9\quad &(1)\\ &a_2^2+b_2^2=9\quad &(2)\\ &a_3^2+b_3^2=9\quad &(3)\\ &a_1+a_2=a_3\quad &(4)\\&-b_1-b_2=-b_3\quad &(5).\end{cases} \end{aligned}\] Thế \((4)\) và \((5)\) vào \((3)\), ta có \((a_1+a_2)^2+(b_1+b_2)^2=9\quad (6)\).
Thế \((1)\) và \((2)\) vào \((6)\), ta có \(2a_1a_2+2b_1b_2=-9\).
\(\vec{CA}=(a_1-a_3;b_1-b_3)\), \(\vec{CB}=(a_2-a_3;b_2-b_3)\).

Suy ra \[\begin{aligned} \cos\widehat{ACB}&=\displaystyle\frac{\vec{CA}\cdot\vec{CB}}{\left|\vec{CA}\right|\cdot\left|\vec{CB}\right|}=\displaystyle\frac{(a_1-a_3)(a_2-a_3)+(b_1-b_3)(b_2-b_3)}{\sqrt{(a_1-a_3)^2+(b_1-b_3)^2}\sqrt{(a_2-a_3)^2+(b_2-b_3)^2}}\\ &=\displaystyle\frac{-a_2(-a_1)+(-b_2)(-b_1)}{\sqrt{(-a_2)^2+(-b_2)^2}\sqrt{(-a_1)^2+(-b_1)^2}}=\displaystyle\frac{a_1a_2+b_1b_2}{\sqrt{a_2^2+b_2^2}\sqrt{a_1^2+b_1^2}}\\ &=\displaystyle\frac{-\displaystyle\frac{9}{2}}{\sqrt{9}\sqrt{9}}=-\displaystyle\frac{1}{2} \end{aligned}\]

Vậy \(\widehat{ACB}=120^{\circ}\).

Ví dụ 19. Cho số phức \(z=a+bi\) \((a, b \in \mathbb{R}, a>0)\) thỏa mãn \(|z-1+2i| =5\) và \(z\cdot \overline{z}=10\). Tính \(P=a-b\).

A. \(P=4\)

B. \(P=-4\)

C. \(P=-2\)

D. \(P=2\)

Gọi \(z=a+bi (a, b \in \mathbb{R})\). \[\begin{aligned} &\begin{cases}{&|z-1-2i|=5\\ & z\cdot\overline{z}=10\end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases}&(a-1)^2+(b+2)^2=25\\ &a^2+b^2=10\end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases}&-2a+4b=10\\ &a^2+b^2=10\end{cases}\\ \Leftrightarrow & \begin{cases}& a=2b-5\\& 5b^2-20b+15=0\end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases} &a=-3\, (\text{ loại })\\ &b=1\end{cases} \text{hoặc} \begin{cases}&a=1\\ &b=3\end{cases}\Rightarrow P=1-3=-2. \end{aligned}\]

Ví dụ 20. Cho \(z_1,z_2\) là các số phức thỏa mãn \(\left|z_1\right|=\left|z_2\right|=1\) và \(\left|z_1-2z_2\right|=\sqrt{6}\). Tính giá trị của biểu thức \(P=\left|2z_1+z_2\right|\).

A. \(P=2\)

B. \(P=\sqrt{3}\)

C. \(P=3\)

D. \(P=1\)

Đặt \(z_1=a_1+b_1i\), \(z_2=a_2+b_2i\). Theo đề ta có

\[\begin{cases}&a_1^2+b_1^2=1 \\&a_2^2+b_2^2=1 \\&(a_1-2a_2)^2+(b_1-2b_2)^2=6\end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases}&a_1^2+b_1^2=1 \\&a_2^2+b_2^2=1 \\&4(a_1a_2+b_1b_2)=-1.\end{cases}\]

\(P=\left|2z_1+z_2\right|=\sqrt{(2a_1+a_2)^2+(2b_1+b_2)^2}=\sqrt{4(a_1^2+b_1^2)+(a_2^2+b_2^2)+4(a_1a_2+b_1b_2)}=2\).

Ví dụ 21. Cho hai số phức \( z_1 \), \( z_2 \) thỏa mãn \( |2z-i|=|iz+2| \), biết \( |z_1-z_2|=\sqrt{2} \). Tính giá trị của biểu thức \( A=|z_1-2z_2| \).

A. \(A= \sqrt{5} \)

B. \( A=\displaystyle\frac{\sqrt{5}}{2} \)

C. \(A= \sqrt{3} \)

D. \(A= \displaystyle\frac{\sqrt{3}}{2} \)

Gọi \( z_1=x_1+y_1 i \), \( z_2=x_2+y_2 i \) với \( x_1,y_1,x_2,y_2 \in \mathbb{R} \). Theo giả thiết ta có \[\begin{cases}|2x_1+(2y_1-1)i|&=|2-y_1+x_1 i|\\ |2x_2+(2y_2-1)i|& =|2-y_2+x_2 i|\\ (x_1-x_2)^2+(y_1-y_2)^2 &=2 \end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases} x_1^2+y_1^2&=1\\ x_2^2+y_2^2&=1\\ x_1x_2+y_1y_2&=0\end{cases}\]

Do đó, \( A^2=|z_1-2z_2|^2=(x_1-2x_2)^2+(y_1-2y_2)^2= (x_1^2+y_1^2)+4(x_2^2+y_2^2)-4(x_1x_2+y_1y_2)=5\). Khi đó \( A=\sqrt{5} \).

Ví dụ 22. Cho số phức \(z\) có điểm biểu diễn là \(M(x;y)\) và thỏa mãn \(\left|z-2+3i\right|=\left|z-2-3i\right|\). Biết \(\left|z-1-2i\right|+\left|z-7+4i\right|=6\sqrt{2}\), khi đó \(x\) thuộc khoảng

A. \((0;2)\)

B. \((1;3)\)

C. \((4;8)\)

D. \((2;4)\)

\[\begin{aligned} \left|z-2+3i\right|=\left|z-2-3i\right| \Leftrightarrow & \left|x-2+(y+3)i\right|=\left|x-2+(y-3)i\right|\\ \Leftrightarrow & (x-2)^2+(y+3)^2=(x-2)^2+(y-3)^2\\ \Leftrightarrow & y=0. \end{aligned}\]

Mặt khác, gọi \(A(1;2)\), \(B(7;-4)\) \(\,\Rightarrow\, AB=6\sqrt{2}\). Ta có

\[\left|z-1-2i\right|+\left|z-7+4i\right|=MA+MB \leqslant AB=6\sqrt{2}.\]

Dấu ``\(=\)'' xảy ra khi \(M\) nằm trên đoạn \(AB\). Khi đó,

\(\overrightarrow{AM}=k\overrightarrow{AB}\), với \(k\in [0;1]\) \(\,\Rightarrow\, \begin{cases}&x-1=6k\\&0-2=-6k\end{cases} \;\Leftrightarrow\; \begin{cases}&x=3\\&k=\displaystyle\frac{1}{3}.\end{cases}\)

Ví dụ 23. Tìm số phức \(z\) thỏa mãn \(|z-3|=|z-1|\) và \( (z+2) (\overline{z}-i)\) là số thực.

A. \(z=2\)

B. \(z=-2+2i\)

C. \(z=2-2i\)

D. Không tồn tại \(z\)

Giả sử \(z=a+bi\), khi đó ta có

\[\begin{aligned} &\begin{cases}& |z-3|= |z-1| \\ & \mathrm{Im} [ (z+2) (\overline{z}-i)]=0\end{cases} &\Leftrightarrow \begin{cases}& |z-3|^2= |z-1|^2 \\ & \mathrm{Im} [ (z+2) (\overline{z}-i)]=0\end{cases}\\ &\Leftrightarrow \begin{cases}&|(a+bi)-3|^2=|a+bi-1|^2 \\ & \mathrm{Im} [(a+bi+2)(\overline{a+bi}-i)]=0\end{cases}\\ &\Leftrightarrow \begin{cases}&|(a+bi)-3|^2=|a-1+bi|^2\\ & \mathrm{Im} [(a+2+bi)(a-(b+1)i)]=0\end{cases}\\ &\Leftrightarrow \begin{cases}&(a-3)^2+b^2=(a-1)^2+b^2\\ &\mathrm{Im} [((a+2)a+b(b+1))-i((a+2)(b+1)-ab)]=0\end{cases}\\ &\Leftrightarrow \begin{cases}&a^2-6a+9=a^2-2a+1 \\& a+2b+2=0 \end{cases}\Leftrightarrow \begin{cases}&a=2\\ &b=-2.\end{cases} \end{aligned}\] Vậy \(z=a+bi=2-2i \).

Ví dụ 24. Biết số phức \(z\) có phần ảo khác \(0\) và thỏa mãn \(\left| z-\left( 2+i\right) \right|=\sqrt{10}\) và \(z\cdot \bar{z}=25\). Điểm nào sau đây biểu diễn số phức \(z\) trên?

A. \(P\left(4;-3\right)\)

B. \(N\left(3;-4\right)\)

C. \(M\left(3;4\right)\)

D. \(Q\left(4;3\right)\)

Đặt \(z=x+yi\), với \(x, y\in \mathbb{R}\) và \(y\ne 0\). Ta có

Ta có \[\begin{aligned} \begin{cases}&\left| z-\left( 2+i\right) \right|=\sqrt{10}\\&z\cdot \bar{z}=25\end{cases} \Leftrightarrow & \begin{cases}&\sqrt{(x-2)^2+(y-1)^2}=\sqrt{10}\\&(x+yi)(x-yi)=25\end{cases}\\ \Leftrightarrow & \begin{cases}&x^2+y^2-4x-2y-5=0\\&x^2+y^2=25\end{cases}\\ \Leftrightarrow & \begin{cases}&2x+y-10=0\quad (1)\\&x^2+y^2=25\quad (2).\end{cases}\\ \end{aligned}\] Từ \((1)\) ta có \(y=10-2x\), thay vào \((2)\) ta được \[x^2+(10-2x)^2=25\Leftrightarrow 5x^2-40x+75=0 \Leftrightarrow x=5\Rightarrow y=0\ \vee\ x=3\Rightarrow y=4.\] Như vậy \(z=3+4i\), nên điểm biểu diễn số phức \(z\) là điểm \(M\left(3;4\right)\).

Ví dụ 25. Cho hai số phức \(z_1,z_2\) thỏa mãn \(|z_1-z_2|=|z_1|=|z_2|>0\). Tính \(A=\left(\displaystyle\frac{z_1}{z_2}\right)^4 + \left(\displaystyle\frac{z_2}{z_1}\right)^4\).

A. \(1\)

B. \(1-i\)

C. \(-1\)

D. \(1+i\)

Do \(|z_1|=|z_2|>0\) nên \(z_2, z_1 \neq 0\).

Từ đẳng thức \(|z_1 - z_2| =|z_1|= |z_2|\), ta có \(\left| \displaystyle\frac{z_1}{z_2} -1 \right| =\left| \displaystyle\frac{z_1}{z_2} \right| =1\).

Đặt \(w=\displaystyle\frac{z_1}{z_2}\). Bài toán trở thành: Cho số phức \(w\) thỏa mãn \(|w-1|=|w| =1\). Tính \(A=w^4 +\displaystyle\frac{1}{w^4}\).

Trong mặt phẳng phức, ta gọi \(A,B\) lần lượt là các điểm biểu diễn của số phức \(w\), \(1\).

Khi đó \(|w|=OA, 1= OB, |w-1|=AB\). Suy ra \(\triangle OAB\) là tam giác đều.

Do đó, \(w\) chỉ có thể là \(\displaystyle\frac{1}{2} + i\displaystyle\frac{\sqrt{3}}{2}\) hoặc \(\displaystyle\frac{1}{2} - i \displaystyle\frac{\sqrt{3}}{2}\).

Khi đó, ta luôn có \(w \overline{w} =1\), \(w+\overline{w}=1\) và \(\left( w - \overline{w}\right)^2 = -3\).

\[A = \left( w^2 -\displaystyle\frac{1}{w^2}\right)^2 +2 = \left(w^2 - \overline{w}^2\right)^2 +2 = \left( w- \overline{w}\right)^2 \left( w + \overline{w} \right)^2 +2 = 1^2 \cdot \left( - 3\right) +2 =-1.\]

Ví dụ 26. Cho \(z\) và \(w\) là hai số phức liên hợp thỏa mãn \(\displaystyle\frac{z}{w^2}\) là số thực và \(\left| z-w\right| = 2\sqrt{3}\). Mệnh đề nào sau đây là đúng?

A. \(3 < \left| z\right| < 4\)

B. \(\left| z\right| < 1\)

C. \(1 < \left| z\right| < 3\)

D. \(\left| z\right| > 4\)

Từ giả thiết ta có \(z = \overline{w}, w = \overline{z}, \left| z\right| = \left| w\right| \)

Từ \(\left| z-w\right| = 2\sqrt{3}\Leftrightarrow \left( z - w\right)\left( \overline{z} - \overline{w}\right) = 12 \Leftrightarrow \left| z\right|^2 + \left| w\right|^2 -z\overline{w} - \overline{z}w = 12 \Leftrightarrow 2\left| z \right|^2 - z^2 - w^2 = 12 \quad (*)\).

Do \(\displaystyle\frac{z}{w^2}\) là số thực nên \(\displaystyle\frac{z}{w^2} = \overline{\displaystyle\frac{z}{w^2}} = \displaystyle\frac{\overline{z}}{\overline{w}^2}\). Từ đó suy ra \(\displaystyle\frac{z}{w^2} = \displaystyle\frac{w}{z^2}\) hay

\(z^3 = w^3 \Leftrightarrow \left( z - w\right) \left( z^2 + zw + w^2\right) = 0\).

Vậy \(z^2 + w^2 = -zw = -\left| z\right|^2\). Thay vào \((*)\) ta được \(\left| z\right|^2 = 4\Leftrightarrow \left| z\right| = 2\).

Ví dụ 27. Tìm phần ảo của số phức \(z\) biết \(z\) thỏa mãn \(\left|z - 2i\right| = \left|\overline{z} + 2 + 4i\right|\) và \(\displaystyle\frac{z - i}{\overline{z} + i}\) là số thuần ảo.

A. \(\displaystyle\frac{5}{12}\)

B. \(\displaystyle\frac{5}{2}\)

C. \(- \displaystyle\frac{3}{17}\)

D. \(- \displaystyle\frac{3}{2}\)

Giả sử \(z = a + bi \Rightarrow \overline{z} = a - bi\) với \(a, b \in \mathbb{R}\).

Ta có \(\left|z - 2i\right| = \left|\overline{z} + 2 + 4i\right| \Leftrightarrow a^2 + \left(b - 2\right)^2 = \left(a + 2\right)^2 + \left(4 - b\right)^2 \Leftrightarrow b - a = 4 \Leftrightarrow b = a + 4\).

Đồng thời \(\displaystyle\frac{z - i}{\overline{z} + i} = \displaystyle\frac{a + \left(b - 1\right)i}{a + \left(1 - b\right)i} = \displaystyle\frac{\left[a + \left(b - 1\right)i\right]^2}{a^2 + \left(b - 1\right)^2} = \displaystyle\frac{a^2 - \left(b - 1\right)^2 + 2a\left(b - 1\right)^2}{a^2 + \left(b - 1\right)^2i}\)

Khi đó số phức \(\displaystyle\frac{z - i}{\overline{z} + i}\) là số thuần ảo khi \(a^2 - \left(b - 1\right)^2 = 0\), thay \(b = a + 4\) vào ta được

\(a^2 - \left(a + 3\right)^2 = 0 \Leftrightarrow a = - \displaystyle\frac{3}{2} \Rightarrow b = \displaystyle\frac{5}{2}\).

Ví dụ 28. Cho hai số phức \(z_1\), \(z_2\) thỏa mãn \(\left|z_1+z_2\right|=1\), \(\left|z_1-z_2\right|=2\) và \(\left|\displaystyle\frac{z_1}{z_2}\right|=4\). Mệnh đề nào sau đây đúng?

A. \(2 < \left|z_1\right| < 3\)

B. \(3 < \left|z_1\right| < 4\)

C. \(4 < \left|z_1\right| < 6\)

D. \(1 < \left|z_1\right| < 2\)

Ta có \(2\left(\left|z_1\right|^2+\left|z_2\right|^2\right)=\left|z_1-z_2\right|^2+\left|z_1+z_2\right|^2=5\Rightarrow\left|z_1\right|^2+\left|z_2\right|^2=\displaystyle\frac{5}{2}\).

Mà \(\left|\displaystyle\frac{z_1}{z_2}\right|=4\Leftrightarrow\left|z_1\right|=4\left|z_2\right|\Leftrightarrow\left|z_1\right|^2=16\left|z_2\right|^2\).

Vậy ta có \(\begin{cases}&\left|z_1\right|^2+\left|z_2\right|^2=\displaystyle\frac{5}{2}\\&\left|z_1\right|^2=16\left|z_2\right|^2\end{cases}\Leftrightarrow\begin{cases}&\left|z_1\right|^2=\displaystyle\frac{40}{17}\\&\left|z_2\right|^2=\displaystyle\frac{5}{34}\end{cases}\Rightarrow\left|z_1\right|=2\sqrt{\displaystyle\frac{10}{17}}\).

Ví dụ 29. Có bao nhiêu số phức \(z\) thỏa mãn \(|z+2+3i|=5\) và \(\displaystyle\frac{z}{z-2}\) là số thuần ảo?

A. \(2\)

B. vô số

C. \(1\)

D. \(0\)

Gọi \(z=a+bi, (a,b\in\mathbb{R})\). Điều kiện \(z\neq 2\).

Ta có \(|z+2+3i|=5\Leftrightarrow (a+2)^2+(b+3)^2=25\)\hfill (1)

Và \(\displaystyle\frac{z}{z-2}=\displaystyle\frac{a+bi}{a-2+bi}=\displaystyle\frac{(a+bi)(a-2-bi)}{(a-2)^2+b^2}=\displaystyle\frac{a^2-2a+b^2+2bi}{(a-2)^2+b^2}=\displaystyle\frac{a^2-2a+b^2}{(a-2)^2+b^2}+\displaystyle\frac{2bi}{(a-2)^2+b^2}\) là số thuần ảo nên có \(a^2-2a+b^2=0\)\quad (2)

Từ (1) và (2) ta có hệ \(\begin{cases}&(a+2)^2+(b+3)^2=25\\&a^2-2a+b^2=0\end{cases}\Leftrightarrow\begin{cases}&a^2+b^2+4a+6b-12=0\\&a^2+b^2-2a=0\end{cases} \Leftrightarrow\begin{cases}&a^2+b^2-2a=0\\&6a+6b-12=0\end{cases}\Leftrightarrow\begin{cases}&a^2+(2-a)^2-2a=0\\&b=2-a\end{cases}\Leftrightarrow\begin{cases}& a=1,\ a=2\\ &b=2-a\end{cases}\Leftrightarrow \begin{cases}&a=1\\&b=1\end{cases}\ \vee\ \begin{cases}&a=2\\ &b=0.\end{cases}\)

Với \(\begin{cases} &a=1\\ &b=1\end{cases}\) ta được \(z=1+i\) thỏa mãn.

Với \(\begin{cases}&a=2\\&b=0\end{cases}\) ta được \(z=2\) không thỏa mãn điều kiện, loại.

Vậy có \(1\) số phức \(z\) thỏa mãn yêu cầu bài toán.

Ví dụ 30. Cho số phức \(z=a+bi\) (với \(a,b\) là số nguyên) thỏa mãn \((1-3i)z\) là số thực và \(\left|\overline{z}-2+5i\right|=1\). Khi đó \(a+b\) bằng

A. \(9\)

B. \(8\)

C. \(7\)

D. \(6\)

Ta có \((1-3i)z=(a+3b)+(b-3a)i\), \(\overline{z}-2+5i=(a-2)+(5-b)i\).

Theo bài ra ta có hệ phương trình \[\begin{cases}b-3a&=0\\ (a-2)^2+(5-b)^2&=1\end{cases}\Leftrightarrow \begin{cases}b&=3a\\ 5a^2-17a+14&=0\end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases}b&=3a\\ a&=2\ \vee\ a=\displaystyle\frac{7}{5}\, \text{(loại)}\end{cases}\Rightarrow \begin{cases}a&=2\\ b&=6.\end{cases}\] Vậy \(a+b=8\).

Dạng 4. Bài toán về tập hợp điểm

Ví dụ 1. Xét các số phức \(z\) thỏa mãn \(\left(\overline{z} - 2i\right)\left(z + 2\right)\) là số thuần ảo. Trên mặt phẳng tọa độ, tập hợp tất cả các điểm biểu diễn các số phức \(z\) là một đường tròn có bán kính bằng

A. \(2\sqrt{2} \)

B. \(\sqrt{2} \)

C. \(2\)

D. \(4\)

Đặt \(z=a+bi\) với \(a,b\in\mathbb{R}\).

Ta có \(\left(\overline{z} - 2i\right)\left(z + 2\right)=a^2+2a+b^2+2b-2(a+b+2)i\).

Vì \(\left(\overline{z} - 2i\right)\left(z + 2\right)\) là số thuần ảo nên \(a^2+2a+b^2+2b=0\Leftrightarrow (a+1)^2+(b+1)^2=2\).

Trên mặt phẳng tọa độ, tập hợp các số điểm biểu diễn số phức \(z\) là một đường tròn bán kính bằng \(\sqrt{2}\).

Ví dụ 2. Tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) thỏa mãn \(\left|2z-i\right|=6\) là một đường tròn có bán kính bằng

A. \(3\)

B. \(6\sqrt{2}\)

C. \(6\)

D. \(3\sqrt{2}\)

Đặt \(z=x+yi\) \((x,y\in \mathbb{R})\). Ta có

\[\left|2z-i\right|=6 \Leftrightarrow \left|2x+(2y-1)i\right|=6 \Leftrightarrow (2x)^2+(2y-1)^2=36 \Leftrightarrow x^2+\left(y-\displaystyle\frac{1}{2}\right)^2=9\]

Do đó tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) là đường tròn tâm \(I\left(0;\displaystyle\frac{1}{2}\right)\), bán kính \(R=3\).

Ví dụ 3. Trong mặt phẳng tọa độ \(Oxy\), cho \(M,N,P\) lần lượt là điểm biểu diễn của các số phức \(2+3i,1-2i\) và \(-3+i\). Tìm tọa độ của điểm \(Q\) sao cho tứ giác \(MNPQ\) là hình bình hành.

A. \(Q(0;2\)

B. \(Q(6;0)\)

C. \(Q(-2;6)\)

D. \(Q(-4;-4\)

Ta có \(M(2;3),N(1;-2),P(-3;1).\)

Gọi \(H\) là trung điểm của \(MP\), suy ra \(H\left( \displaystyle\frac{-1}{2};2\right).\)

Vì \(MNPQ\) là hình bình hành nên \(H\) cũng là trung điểm của \(NQ\), do đó \(Q(-2;6)\).

Ví dụ 4. Trong mặt phẳng tọa độ \(Oxy\), tập hợp điểm biểu diễn số phức \(z\) thỏa mãn \break \(|z - i| = |2 - 3i - z|\) là

A. Đường thẳng \(x - 2y - 3 = 0\)

B. Đường thẳng \(x + 2y + 1 = 0\)

C. Đường tròn \(x^2 + y^2 = 2\)

D. Đường tròn \(x^2 + y^2 = 4\)

Đặt \(z = x + yi\) (\(x,y \in \mathbb{R}\)). Khi đó, ta có \[\begin{aligned} & |z - i| = |2 - 3i - z| \\ \Leftrightarrow\ & |x + yi - i| = |2 - 3i - x - yi| \\ \Leftrightarrow\ & |x + (y - 1)i| = |(2 - x) + (-3 - y)i| \\ \Leftrightarrow\ & \sqrt{x^2 + (y - 1)^2} = \sqrt{(2 - x)^2 + (-3 - y)^2} \\ \Leftrightarrow\ & x^2 + (y - 1)^2 = (2 - x)^2 + (-3 - y)^2 \\ \Leftrightarrow\ & x - 2y - 3 = 0. \end{aligned}\]

Ví dụ 5. Tập hợp các điểm trong mặt phẳng tọa độ biểu diễn các số phức \(z\) thỏa mãn \(|z+4-8i|=2\sqrt{5}\) là đường tròn có phương trình

A. \((x-4)^2+(y+8)^2=20\)

B. \((x+4)^2+(y-8)^2=2\sqrt{5}\)

C. \((x-4)^2+(y+8)^2=2\sqrt{5}\)

D. \((x+4)^2+(y-8)^2=20\)

Đặt \(z=x+yi,\,x,y \in \mathbb{R}\), suy ra các điểm biểu diễn cho các số phức \(z\) có tọa độ là \((x;y)\). Theo đề ta có

\[|z+4-8i|=2\sqrt{5} \Leftrightarrow |x+yi+4-8i|=2\sqrt{5} \Leftrightarrow (x+4)^2+(y-8)^2=20.\]

Ví dụ 6. Tìm tập hợp điểm biểu diễn số phức \(z\) thỏa mãn \(|z+1-2i|=3.\)

A. Đường tròn tâm \(I(-1;2)\), bán kính \(r=3\)

B. Đường tròn tâm \(I(1;-2)\), bán kính \(r=3\)

C. Đường tròn tâm \(I(1;2)\), bán kính \(r=9\)

D. Đường tròn tâm \(I(-1;2)\), bán kính \(r=9\)

Đặt \(z=x+yi, (x;y \in \mathbb{R})\), ta có \(M(x;y)\) biểu diễn số phức \(z\).

Do \(|z+1-2i|=3 \Rightarrow |(x+1) +(y-2)i|= 3 \Leftrightarrow \sqrt{(x+1)^2+(y-2)^2}=3 \Leftrightarrow (x+1)^2+(y-2)^2=9\).

Suy ra tập hợp điểm \(M(x;y)\) biểu diễn \(z\) là đường tròn tâm \(I(-1;2)\), bán kính \(r=3\).

Ví dụ 7. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(|z+1-i|=|z-1+2i|\). Tập hợp các điểm biểu diễn các số phức \(z\) trên mặt phẳng tọa độ là một đường thẳng. Viết phương trình đường thẳng đó.

A. \(4x+6y-3=0\)

B. \(4x-6y+3=0\)

C. \(4x-6y-3=0\)

D. \(4x+6y+3=0\)

Gọi \(z=x+yi\), với \(x,y\in \mathbb{R}\). Khi đó

\[\begin{aligned} &|z+1-i|=|z-1+2i| \\ \Leftrightarrow\ & |x+yi+1-i|=|x+yi-1+2i|\\ \Leftrightarrow\ & (x+1)^2+(y-1)^2=(x-1)^2+(y+2)^2\\ \Leftrightarrow\ & 4x-6y-3=0. \end{aligned}\]

Ví dụ 8. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(|z-2i|=3\). Biết tập hợp các điểm biểu diễn cho số phức \(w=(3-2i)z+1-5i\) là một đường tròn tâm \(I\) bán kính \(R\). Tìm tọa độ của \(I\).

A. \(I(-1;5)\)

B. \(I(1;-5)\)

C. \(I(5;1)\)

D. \(I(-3;2)\)

Từ \(w=(3-2i)z+1-5i\) suy ra \(z=\displaystyle\frac{w-1+5i}{3-2i}\). Thay vào \(|z-2i|=3\) ta được \[\left|\displaystyle\frac{w-1+5i}{3-2i} -2i \right|= 3 \Leftrightarrow \left| w-1+5i-2i(3-2i)\right| =3|3-2i| \Leftrightarrow |w-5-i| =3\sqrt{13}.\] Từ đó suy ra tập hợp điểm biểu diễn số phức \(w\) là đường tròn có tâm \(I(5;1)\).

Ví dụ 9. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(|z+3-4i|=5\). Biết rằng tập hợp điểm trong mặt phẳng tọa độ biểu diễn các số phức \(z\) là một đường tròn. Tìm tọa độ tâm \(I\) và bán kính \(R\) của đường tròn đó.

A. \(I(3;-4)\), \(R=\sqrt{5}\)

B. \(I(-3;4)\), \(R=\sqrt{5}\)

C. \(I(3;-4)\), \(R=5\)

D. \(I(-3;4)\), \(R=5\)

Gọi \(z=x+iy, (x, y\in\mathbb{R})\) thì \(|z+3-4i|=5\) \(\Leftrightarrow (x+3)^2+(y-4)^2=25\). Vậy tâm \(I(-3;4)\) và bán kính \(R=5\).

Ví dụ 10. Cho các số phức \(z\) thỏa mãn \(|zi-(2+i)|=2\). Biết rằng tập hợp các điểm biểu diễn các số phức \(z\) là một đường tròn. Tâm \(I\) của đường tròn đó là

A. \(I(1;-2)\)

B. \(I(-1;2)\)

C. \(I(-1;-2)\)

D. \(I(1;2)\)

Ta có \(|i(z-1+2i)|=2\Rightarrow |z-1+2i|=2\Rightarrow \sqrt{(x-1)^2+(y+2)^2}=2\).\\ Tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) là đường tròn tâm \(I(1;-2)\).

Ví dụ 11. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(|z - 1| = |z - 2 + 3i|\). Tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) là

A. Đường tròn tâm \(I(1; 2)\), bán kính \(R = 1\)

B. Đường thẳng có phương trình \(2x - 6y + 12 = 0\)

C. Đường thẳng có phương trình \(x - 3y - 6 = 0\)

D. Đường thẳng có phương trình \(x - 5y - 6 = 0\)

Đặt \(z = x + yi\) \((x, y \in \mathbb{R})\). Ta có \[|z - 1| = |z - 2 + 3i| \Leftrightarrow |x - 1 + yi| = |x - 2 + (y + 3)i| \Leftrightarrow (x - 1)^2 + y^2 = (x - 2)^2 + (y + 3)^2 \Leftrightarrow x - 3y - 6 = 0.\] Vậy tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) là đường thẳng có phương trình \(x - 3y - 6 = 0\).

Ví dụ 12. Trong mặt phẳng tọa độ, tập hợp các điểm biểu diễn cho số \(z\) thỏa mãn \(|(1+2i)z-10|=|(2+i)\overline{z}+5|\) là

A. hai đường thẳng cắt nhau

B. hai đường thẳng song song

C. một đường thẳng

D. một đường tròn

Đặt \(z=x+yi\) với \(x\), \(y \in \mathbb{R}\).

\[\begin{aligned} &|(1+2i)z-10|=|(2+i)\overline{z}+5|\\ \Leftrightarrow & |(1+2i)(x+yi)-10|=|(2+i)(x-yi)+5|\\ \Leftrightarrow & |x-2y-10+(2x+y)i|=|(2x+y)+(x-2y+5)i|\\ \Leftrightarrow & (x-2y-10)^2+(2x+y)^2=(2x+y)^2+(x-2y+5)^2\\ \Leftrightarrow & 2x-4y-5=0. \end{aligned}\]

Suy ra tập hợp các điểm biểu diễn cho số \(z\) là đường thẳng \(2x-4y-5=0\).

Ví dụ 13. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \((1+z)^2\) là số thực. Tập hợp các điểm \(M\) biểu diễn số phức \(z\) là

A. Hai đường thẳng

B. Đường thẳng

C. Parabol

D. Đường tròn

Đặt \(z=x+yi,\left(x,y\in \mathbb{R}\right)\). Khi đó \[(1+z)^2=(x+1)^2-y^2+2(x+1)yi.\] Suy ra \((1+z)^2\) là số thực khi \(2(x+1)y=0 \Leftrightarrow \left[\begin{aligned}&x=-1 \\ &y=0.\end{aligned}\right.\)

Vậy tập hợp các điểm \(M\) là hai đường thẳng \(d_1\colon x+1=0,d_2\colon y=0\).

Ví dụ 14. Trong mặt phẳng tọa độ \(Oxy\), biết tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) thỏa mãn \(\left|z+2i\right|^2+2\left|1-\overline{z}\right|^2+3\left|z-2+i\right|^2=2018\) là một đường tròn. Tìm tâm \(I\) của đường tròn đó.

A. \(\left(\displaystyle\frac{4}{3};-\displaystyle\frac{5}{6}\right)\)

B. \(\left(-\displaystyle\frac{4}{3};\displaystyle\frac{5}{6}\right)\)

C. \((1;1)\)

D. \(\left(\displaystyle\frac{4}{3};-\displaystyle\frac{7}{6}\right)\)

Giả sử \(z=x+yi,\ x,y\in\mathbb{R}\). Khi đó ta có \[\begin{aligned} &\left|x+(y+2)i\right|^2+2\left|1-x+yi\right|^2+3\left|x-2+(y+1)\right|^2=2018 \\ \Leftrightarrow& x^2+(y+2)^2+2(1-x)^2+2y^2+3(x-2)^2+3(y+1)^2=2018 \\ \Leftrightarrow& 6x^2+6y^2-16x+10y-1997=0 \\ \Leftrightarrow& \left(x-\displaystyle\frac{4}{3}\right)^2+\left(y+\displaystyle\frac{5}{6}\right)^2=\displaystyle\frac{12071}{36}. \end{aligned}\] Vậy tập hợp điểm biểu diễn số phức \(z\) là đường tròn \(\left(x-\displaystyle\frac{4}{3}\right)^2+\left(y+\displaystyle\frac{5}{6}\right)^2=\displaystyle\frac{12071}{36}\) có tâm là \(I\left(\displaystyle\frac{4}{3};-\displaystyle\frac{5}{6}\right)\).

Ví dụ 15. Cho các số phức \(z\) thỏa mãn \(|z-i|=|z-1+2i|.\) Tập hợp các điểm biểu diễn các số phức \(w=z+2i\) trên mặt phẳng tọa độ là một đường thẳng. Phương trình đường thẳng đó là

A. \(x-3y+4=0\)

B. \(x+3y+4=0\)

C. \(x-4y+3=0\)

D. \(-x+3y+4=0\)

Ta có \(z=w-2i.\) Thay vào giả thiết \(\Rightarrow |w-3i|=|w-1|.\)

Gọi \(w=x+yi\) với \(x, y\in \Bbb{R}.\) Khi đó

\[\begin{aligned} |x+yi-3i|=|x+yi-1|\Leftrightarrow& |x+(y-3)i|=|x-1+yi|\\ \Leftrightarrow& \sqrt{x^2+(y-3)^2}=\sqrt{(x-1)^2+y^2}\\ \Leftrightarrow& x-3y+4=0. \end{aligned}\]

Ví dụ 16. Trong mặt phẳng \(Oxy\), cho số phức \(z\) thỏa mãn \(|z-1|=|(1+i)z|\). Tập hợp điểm biểu diễn của số phức \(z\) là

A. đường tròn có tâm \(I(1;0)\), bán kính \(r=\sqrt{2}\)

B. đường tròn có tâm \(I(0;1)\), bán kính \(r=\sqrt{2}\)

C. đường tròn có tâm \(I(-1;0)\), bán kính \(r=\sqrt{2}\)

D. đường tròn có tâm \(I(0;-1)\), bán kính \(r=\sqrt{2}\)

Đặt \(z=x+yi\), trong đó \(x\), \(y\) là các số thực.

\(|z-1|=|(1+i)z|\Leftrightarrow |(x-1)+yi|=|1+i||x+yi|\Leftrightarrow (x-1)^2+y^2=2(x^2+y^2)\Leftrightarrow x^2+y^2+2x-1=0\).

Do đó, tập hợp điểm biểu diễn số phức \(z\) thỏa yêu cầu bài toán là đường tròn tâm \(I(-1;0)\), bán kính \(r=\sqrt 2\).

Ví dụ 17. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(\left|z-1-2i\right|=5\) và \(M(x;y)\) là điểm biểu diễn của số phức \(z\). Điểm \(M\) thuộc đường tròn có phương trình nào sau đây?

A. \((x+1)^2+(y+2)^2=25\)

B. \((x-1)^2+(y-2)^2=25\)

C. \((x+1)^2+(y+2)^2=5\)

D. \((x-1)^2+(y-2)^2=5\)

Vì \(M(x;y)\) là điểm biểu diễn của số phức \(z\) nên \(z=x+yi\). Ta có

\[\left|z-1-2i\right|=5 \,\Leftrightarrow\, \left|x-1+(y-2)i\right|=5 \,\Leftrightarrow\, (x-1)^2+(y-2)^2=25.\]

Ví dụ 18. Xét các số phức \(z\) thỏa mãn \((\overline{z}+i)(z+2)\) là số thuần ảo. Trên mặt phẳng tọa độ, tập hợp tất cả các điểm biểu diễn số phức \(z\) là một đường tròn có bán kính bằng

A. \(\displaystyle\frac{5}{4}\)

B. \(1\)

C. \(\displaystyle\frac{\sqrt{5}}{2}\)

D. \(\displaystyle\frac{\sqrt{3}}{2}\)

Gọi \(z=x+yi~(x,y\in \mathbb{R})\).

Ta có \((\overline{z}+i)(z+2)=(x-yi+i)(x+yi+2)=(x^2+2x+y^2-y)+(x-2y+2)i\)

Vì \((\overline{z}+i)(z+2)\) là số thuần ảo nên ta có: \(x^2+2x+y^2-y=0 \Leftrightarrow (x+1)^2+{\left(y-\displaystyle\frac{1}{2}\right)\!}^2=\displaystyle\frac{5}{4}\).

Vậy tập hợp tất cả các điểm biểu diễn số phức \(z\) là một đường tròn có bán kính bằng \(\displaystyle\frac{\sqrt{5}}{2}\).

Ví dụ 19. Xét các số phức \(z\) thỏa mãn \((\overline{z} + 3i)(z - 3)\) là số thuần ảo. Trên mặt phẳng tọa độ, tập hợp tất cả các điểm biểu diễn các số phức \(z\) là một đường tròn có bán kính bằng

A. \(\displaystyle\frac{9}{2}\)

B. \(3\sqrt 2 \)

C. \(3\)

D. \(\displaystyle\frac{3\sqrt 2}{2}\)

Giả sử \( z=x+yi\Rightarrow \overline{z}=x-yi \) trong đó \( x, y\in\mathbb{R} \).

Ta có \( (\overline{z}+3i)(z-3)=x^2+y^2-3x-3y+(3x+3y-9)i \).

Số phức \( (\overline{z}+3i)(z-3) \) là số thuần ảo khi chỉ khi \( x^2+y^2-3x-3y=0\Leftrightarrow \left( x-\displaystyle\frac{3}{2} \right)^2+\left( y-\displaystyle\frac{3}{2} \right)^2=\displaystyle\frac{9}{2} \).

Vậy tập hợp tất cả các điểm biểu diễn số phức \( z \) thỏa mãn yêu cầu bài toán là đường tròn có bán kính bằng \( \displaystyle\frac{3\sqrt{2}}{2} \).

Ví dụ 20. Xét các số phức \(z\) thỏa mãn \((\overline{z}+2i)(z-2)\) là số thuần ảo. Trên mặt phẳng tọa độ, tập hợp tất cả các điểm biểu diễn các số phức \(z\) là một đường tròn có bán kính bằng

A. \(2\)

B. \(2\sqrt{2}\)

C. \(4\)

D. \(\sqrt{2}\)

Giả sử \(z=x+yi\) với \(x,\,y\in \mathbb{R}\).

Đặt \(Z=(\overline{z}+2i)(z-2)=[x+(2-y)i][(x-2)+yi]=[x(x-2)-y(2-y)]+[xy+(x-2)(2-y)]i\).

Vì \(Z\) là số thuần ảo nên có phần thực bằng không do đó

\(x(x-2)-y(2-y)=0 \Leftrightarrow (x-1)^2+(y-1)^2=2\).

Suy ra tập hợp các điểm biểu diễn các số phức \(z\) là một đường tròn có bán kính bằng \(\sqrt{2}\).

Ví dụ 21. Gọi \((H)\) là tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) thoả \(1\le \left|z-1\right|\le 2\) trong mặt phẳng phức. Tính diện tích hình \((H)\).

A. \(2\pi\)

B. \(3\pi\)

C. \(4\pi\)

D. \(5\pi\)

Giả sử \(z=x+yi,x,y\in\mathbb{R}\), khi đó: \(1\le \left|z-1\right|\le 2\Leftrightarrow 1\le (x-1)^2+y^2\le 4\), suy ra điểm biểu diễn số phức \(z\) nằm trong hình vành khuyên giới hạn bởi \(2\) hình tròn đồng tâm \(I(1;0)\) có bán kính lần lượt là \(R_1=1\) và \(R_2=2\). Từ đó suy ra diện tích hình \((H)\) là: \(S=\pi R_2^2-\pi R_1^2=3\pi\).

Ví dụ 22. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(|z|=2\). Tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(w=(1-i)\overline{z}+2i\) là

A. một đường tròn

B. một đường thẳng

C. một elip

D. một hypebol hoặc parabol

Ta có \((1-i)\overline{z} = w-2i \Rightarrow |w-2i|= |(1-i)\overline{z}|=2\sqrt{2}\), suy ra tập hợp biểu diễn các số phức \(w\) là một đường tròn.

Ví dụ 23. Cho số phức \(z\) thỏa mãn điều kiện \(\left\vert z - 1 + 2\mathrm{i} \right\vert\leq 2\). Trong hệ tọa độ \(Oxy\), tập hợp điểm biểu diễn số phức \(w = 3z - 2 + \mathrm{i}\) là hình tròn có diện tích bằng

A. \(25\pi\)

B. \(16\pi\)

C. \(36\pi\)

D. \(9\pi\)

Giả sử số phức \(w = x + y\mathrm{i}\) với \(x, y\in \mathbb{R}\). Gọi \(M\) là điểm biểu diễn số phức \(w\) suy ra điểm \(M\left(x; y\right)\). Do giả thiết ta có \[w = 3z - 2 + \mathrm{i}\Leftrightarrow x + y\mathrm{i} = 3z - 2 + \mathrm{i}\Leftrightarrow 3z = x + 2 + \left(y - 1\right)\mathrm{i}\Leftrightarrow z = \displaystyle\frac{x + 2}{3} + \left(\displaystyle\frac{y - 1}{3}\right)\mathrm{i}\]

Khi đó \(z - 1 + 2\mathrm{i} = \displaystyle\frac{x + 2}{3} + \left(\displaystyle\frac{y - 1}{3}\right)\mathrm{i} - 1 + 2\mathrm{i} = \displaystyle\frac{x - 1}{3} + \left(\displaystyle\frac{y + 5}{3}\right)\mathrm{i}\) suy ra

\[\left\vert z - 1 + 2\mathrm{i} \right\vert\leq 2\Leftrightarrow \sqrt{\left(\displaystyle\frac{x - 1}{3}\right)^2 + \left(\displaystyle\frac{y + 5}{3}\right)^2}\leq 2\Leftrightarrow \left(x - 1\right)^2 + \left(y + 5\right)^2\leq 36.\]

Vậy tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(w\) nằm trong đường tròn \(\left(C\right)\colon \left(x - 1\right)^2 + \left(y + 5\right)^2 = 36\). Gọi \(R\) là bán kính đường tròn \(\left(C\right)\) suy ra \(R = 6\) nên diện tích hình tròn bằng \(36\pi\).

Ví dụ 24. Cho các số phức \(z\) thỏa mãn \(|z|=12\). Biết rằng tập hợp các điểm biểu diễn các số phức \(w=(8-6i)z+2i\) là một đường tròn. Tính bán kính \(r\) của đường tròn đó.

A. \(r=120\)

B. \(r=122\)

C. \(r=12\)

D. \(r=24\sqrt{7}\)

Có \(w=(8-6i)z+2i\Leftrightarrow w-2i=(8-6i)z\Rightarrow|w-2i|=|8-6i|\cdot|z|=10\cdot12=120\).

Từ đó ta suy ra tập hợp điểm biểu diễn \(w\) là đường tròn tâm \(I(0;2)\), bán kính \(R=120\).

Ví dụ 25. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(\big|z\big|=\sqrt{5}\). Biết rằng tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(w=(2+i)z-3i\) là một đường tròn có bán kính bằng \(r\). Tìm bán kính \(r\).

A. \(r=\sqrt{5}\)

B. \(r=5\)

C. \(r=\sqrt{10}\)

D. \(r=25\)

Biến đổi \(w=(2+i)z-3i\Leftrightarrow w+3i=(2+i)z\).

Lấy mô-đun 2 vế, ta được \(\left|w+3i\right|=\left|(2+i)z\right|=\left|2+i\right|\cdot\left|z\right|=5\).

Vậy tập hợp điểm biểu diễn số phức \(w\) là đường tròn tâm \(I(0;-3)\) và bán kính \(r=5\).

Ví dụ 26. Tìm tập hợp điểm biểu diễn cho số phức \(z=x+yi\ (x,y\in\mathbb{R})\) thỏa mãn \((2-z)(\overline{z}+2i)\) là số thuần ảo.

A. \((x+1)^2+(y+1)^2=2\)

B. \(4-2x-2y=0\)

C. \((x-1)^2+(y-1)^2=4\)

D. \((x-1)^2+(y-1)^2=2\)

Ta có \((2-z)(\overline{z}+2i)=2\overline{z}+4i-|z|^2-2zi=2(x-yi)+4i-(x^2+y^2)-2(x+yi)i\)

\(=(2x+2y-x^2-y^2)+(4-2x-2y)i\).

Để \((2-z)(\overline{z}+2i)\) là số thuần ảo thì \(2x+2y-x^2-y^2=0\Leftrightarrow (x-1)^2+(y-1)^2=2\).

Ví dụ 27. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(|z-3|=1.\) Biết rằng tập hợp các điểm biểu diễn của số phức \(w=(1-\sqrt3i)z+1-2i\) là một đường tròn. Tính bán kính \(r\) của đường tròn đó.

A. \(r=2\)

B. \(r=1\)

C. \(r=4\)

D. \(r=\sqrt2\)

Từ giả thiết, ta suy ra \(\displaystyle\frac{w-1+2i}{1-\sqrt3 i}-3=z-3,\) hay \(w-1+2i-3(1-\sqrt3 i)=(z-3)(1-\sqrt3i).\) Lấy mô-đun hai vế, ta suy ra \(\left|w-4+(2+3\sqrt3)i\right|=\left|(z-3)(1-\sqrt3i)\right|=2.\) Vậy, \(r=2.\)

Ví dụ 28. Tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) thỏa mãn \(2|z-\mathrm{i}|=|z-\overline{z}+2\mathrm{i}|\) là

A. Một đường thẳng

B. Một đường tròn

C. Một parabol

D. Một điểm

Gọi \(z=x+y\mathrm{i},\ (x,y\in\mathbb{R})\). Ta có

\[\begin{aligned} & 2|z-\mathrm{i}|=|z-\overline{z}+2\mathrm{i}|\\ \Leftrightarrow\ & 2|x+(y-1)\mathrm{i}|=|(2y+2)\mathrm{i}|\\ \Leftrightarrow\ & x^2+(y-1)^2=(y+1)^2\\ \Leftrightarrow\ & x^2+y^2-2y+1=y^2+2y+1\\ \Leftrightarrow\ & y=\displaystyle\frac{1}{4}x^2 \end{aligned}\]

Vậy tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) là một parabol.

Ví dụ 29. Trong mặt phẳng phức \(Oxy\), tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) thỏa mãn điều kiện \(|(1+i)z-4+2i|=4\sqrt{2}\) là một đường tròn. Xác định tọa độ tâm \(I\) và bán kính \(R\) của đường tròn đó.

A. \(I(1;-3)\), \(R=4\)

B. \(I(4;-2)\), \(R=4\sqrt{2}\)

C. \(I(1;-3)\), \(R=2\)

D. \(I(-1;3)\), \(R=4\)

Gọi điểm \(M(x;y)\) biểu diễn số phức \(z\). \[\begin{aligned} & &|(1+i)z-4+2i|=4\sqrt{2} \Leftrightarrow \displaystyle\frac{|(1+i)z-4+2i|}{|1+i|}=\displaystyle\frac{4\sqrt{2}}{|1+i|}\\ &\Leftrightarrow & |z-1+3i|=4 \Leftrightarrow (x-1)^2+(y+3)^2=4^2. \end{aligned}\] Vậy tập hợp các điểm \(M\) biểu diễn số phức \(z\) là đường tròn tâm \(I(1;-3)\), bán kính \(R=4\).

Ví dụ 30. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(\left|\displaystyle\frac{z - 1}{2 - i} + i\right| = \sqrt{5}\). Biết rằng tập hợp biểu diễn số phức \(w = (1 - i)z + 2i\) có dạng \((x + 2)^2 + y^2 = m\). Tìm \(m\).

A. \(m = 96\)

B. \(m = 92\)

C. \(m = 50\)

D. \(m = 100\)

Ta có \(w = (1 - i)z + 2i \Rightarrow z = \displaystyle\frac{w - 2i}{1 - i}\). Do đó, ta có \[\begin{aligned} \left|\displaystyle\frac{z - 1}{2 - i} + i\right| = \sqrt{5} & \Leftrightarrow \left|\displaystyle\frac{z + 2i}{2 - i}\right| = \sqrt{5}\\ & \Leftrightarrow |z + 2i| = 5\\ & \Leftrightarrow \left|\displaystyle\frac{w - 2i}{1 - i} + 2i\right| = 5\\ & \Leftrightarrow |w + 2| = 5\sqrt{2}. \end{aligned}\] Suy ra tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(w\) là đường tròn \((x + 2)^2 + y^2 = 50\).\\ Vậy \(m = 50\).

Ví dụ 31. Trong mặt phẳng tọa độ \(Oxy\), gọi \(M(x;y)\) là điểm biểu diễn số phức \(z=x+yi~(x,y\in\mathbb{R})\) thỏa mãn \(|z+1-2i|=|z|\). Biết rằng tập hợp các điểm \(M\) là một đường thẳng, tìm phương trình đường thẳng đó.

A. \(2x+4y+5=0\)

B. \(2x-4y+5=0\)

C. \(2x-4y+3=0\)

D. \(2x-y+1=0\)

Ta có \[\begin{aligned} &|z+1-2i|=|z| \\ \Leftrightarrow &|x+yi+1-2i|=|x+yi| \\ \Leftrightarrow &(x+1)^2+(y-2)^2=x^2+y^2 \\ \Leftrightarrow &x^2+2x+1+y^2-4y+4=x^2+y^2 \\ \Leftrightarrow &2x-4y+5=0. \end{aligned}\] Vậy tập hợp các điểm \(M\) là đường thẳng có phương trình \(2x-4y+5=0\).

Ví dụ 32. Các điểm biểu diễn số phức \( z \) thỏa mãn \( z\cdot \bar{z} + 3\left(z-\bar{z}\right)=5+12i \) thuộc đường nào trong các đường cho bởi phương trình sau đây?

A. \( y=2x^2 \)

B. \( (x-1)^2+y^2=5 \)

C. \( y=2x \)

D. \( y=-2x \)

Giả sử \( z=x+yi \) với \( x,y \in \mathbb{R} \). Ta được \[\begin{aligned} &z\cdot \bar{z} + 3\left(z-\bar{z}\right)=5+12i \\ \Leftrightarrow& x^2+y^2+6yi=5+12i\\ \Leftrightarrow& \begin{cases}&x^2+y^2=5\\&6y=12\end{cases}\\ \Leftrightarrow& \begin{cases}&x^2=1\\&y=2.\end{cases} \end{aligned}\] Do đó, có hai điểm biểu diễn số phức \( z \) thỏa mãn yêu cầu bài toán là \( A(1;2) \) và \( B(-1;2) \). Dễ thấy \( A,\,B \) chỉ thuộc đường \( y=2x^2. \)

Ví dụ 33. Cho \(M\) là tập hợp các số phức \(z\) thỏa \(\left| 2z-i \right| = \left| 2+i z \right|\). Gọi \(z_1\), \(z_2\) là hai số phức thuộc tập hợp \(M\) sao cho \(\left| z_1 - z_2 \right| = 1\). Tính giá trị của biểu thức \(P= \left| z_1 + z_2 \right|\).

A. \(P=\sqrt{2}\)

B. \(P=\sqrt{3}\)

C. \(P=\displaystyle\frac{\sqrt{3}}{2}\)

D. \(P=2\)

Gọi \(z=x+yi\), với \(x,y \in \mathbb{R}\). Ta có \[\begin{aligned} &\left| 2z-i \right| = \left| 2+i z \right|\\ \Leftrightarrow & \vert 2x+(2y-1)i \vert = \vert 2-y+xi \vert\\ \Leftrightarrow & x^2+y^2=1. \end{aligned}\] Vậy tập hợp các điểm \(M\) là đường tròn \((C)\) có tâm \(O\) và bán kính \(R=1\).

Gọi \(A\), \(B\) lần lượt là điểm biểu diễn của các số phức \(z_1\), \(z_2\).

Ta có \(A\), \(B\) thuộc \((C)\) và \\ \(\left| z_1 - z_2 \right| = 1 \Leftrightarrow AB = 1\). Suy ra \(\triangle OAB\) đều nên \(P= \left| z_1 + z_2 \right| = \left| \overrightarrow{OA}+\overrightarrow{OB} \right| = 2 \left| \overrightarrow{OH} \right|= \sqrt{3}\).

Ví dụ 34. Cho số phức \(w\) thỏa mãn \(|w+2|\le 1\). Biết tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) thỏa mãn \(\overline{z}=2w+1-i\) là một hình tròn. Tính diện tích \(S\) của hình tròn đó.

A. \(S=2\pi\)

B. \(S=4\pi\)

C. \(9\pi\)

D. \(\pi\)

Gọi \(M(x;y)\) là điểm biểu diễn số phức \(z=x+yi\) (\(x,y\in\mathbb{R}\)

Ta có \[\overline{z}=2w+1-i\Leftrightarrow x-yi=2w+1-i\Leftrightarrow w=\displaystyle\frac{x-1}{2}-\displaystyle\frac{y-1}{2}i.\] Lại có \(|w+2|\le 1\) nên \[\left(\displaystyle\frac{x-1}{2}+2\right)^2+\left(\displaystyle\frac{y-1}{2}\right)^2\le 1\Leftrightarrow (x+3)^2+(y-1)^2=4.\] Nên tập hợp điểm biểu diễn \(z\) là hình tròn bán kính \(R=2\) có diện tích \(S=4\pi\).

Ví dụ 35. Xét các số phức \(z\) thỏa mãn điều kiện \(|z-3+2i|=5\). Trong mặt phẳng tọa độ \(Oxy\), tập hợp các điểm biểu diễn các số phức \(w=z+1-i\) là

A. Đường tròn tâm \(I(-4;3)\), bán kính \(R=5\)

B. Đường tròn tâm \(I(3;-2)\), bán kính \(R=5\)

C. Đường tròn tâm \(I(4;-3)\), bán kính \(R=5\)

D. Đường tròn tâm \(I(-2;1)\), bán kính \(R=5\)

\[\begin{aligned} & w-4+3i=z-3+2i\\ \Rightarrow\ & |w-4+3i|=|z-3+2i|=5. \end{aligned}\] Vậy tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(w\) là đường tròn tâm \(I(4;-3)\), bán kính \(R=5\)

Dạng 5. Bài toán cực trị

Ví dụ 1. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(|z-3+4i|=2\). Mô-đun lớn nhất của \(z\) bằng

A. \(7\)

B. \(8\)

C. \(5\)

D. \(3\)

Tập hợp các điểm biểu diễn cho số phức \(z\) thỏa \(|z-3+4i|=2\) là đường tròn có tâm \(I(3;-4)\) và bán kính bằng \(R=2\). Suy ra \(\max |z|=IO+R=7.\)

Ví dụ 2. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(\left\vert 2z - 3 - 4i\right\vert = 10\). Gọi \(M\) và \(m\) lần lượt là giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của \(\left\vert z\right\vert\). Khi đó \(M- m\) bằng

A. \(5\)

B. \(15\)

C. \(10\)

D. \(20\)

Giả sử số phức \(z = x + iy\) với \(x, y\in \mathbb{R}\) và điểm \(M\left(x; y\right)\) là điểm biểu diễn số phức \(z\).

Khi đó \[\left\vert 2z - 3 - 4i\right\vert = 10\Leftrightarrow \left\vert 2\left(x + yi\right) - 3 - 4i\right\vert = 10\Leftrightarrow \left\vert \left(2x - 3\right) + \left(2y - 4\right)i\right\vert = 10\]

suy ra \[\left(2x - 3\right)^2 + \left(2y - 4\right)^2 = 100\Leftrightarrow \left(x - \displaystyle\frac{3}{2}\right)^2 + \left(y - 2\right)^2 = 25.\]

Do đó tập hợp điểm \(M\) thuộc đường tròn \(\left(C\right)\) có tâm \(I\left(\displaystyle\frac{3}{2}; 2\right)\) và bán kính \(R = 5\).

Mà \(\left\vert z\right\vert = OM\), ở đó \(O\) là gốc tọa độ. Do \(OI = \sqrt{\left(\displaystyle\frac{3}{2}\right)^2 + 2^2} = \displaystyle\frac{5}{2}\) suy ra \(O\) nằm trong đường tròn \(\left(C\right)\). Do đó \(\max\left\vert z\right\vert = OI + IM = \displaystyle\frac{5}{2} + 5 = \displaystyle\frac{15}{2}\) và \(\min\left\vert z\right\vert = IM - OI = 5 - \displaystyle\frac{5}{2} = \displaystyle\frac{5}{2}\).

Vậy \(M - m = \displaystyle\frac{15}{2} - \displaystyle\frac{5}{2} = 5\).

Ví dụ 3. Với các số phức \(z\) thỏa mãn \(|i\bar{z}+4-3i|=1\). Tìm giá trị lớn nhất của \(|z|\).

A. \(6\)

B. \(4\)

C. \(5\)

D. \(7\)

Đặt \(z=x+yi\Rightarrow \overline{z}=x-yi\).

Ta có: \[\begin{aligned} &|i\overline{z}+4-3i|=1\\ \Leftrightarrow &|i(x-yi)+4-3i|=1\\ \Leftrightarrow & |ix+y+4-3i|=1\\ \Leftrightarrow &|(y+4)+(x-3)i|=1\\ \Leftrightarrow&\sqrt{(y+4)^2+(x-3)^2}=1\\ \Leftrightarrow &(x-3)^2+(y+4)^2=1 \end{aligned}\]

Do đó, tập hợp các điểm biểu diễn của số phức \(z\) là đường tròn \((C)\colon (x-3)^2+(y+4)^2=1\);

\((C)\) có tâm \(I(3;-4)\) và có bán kính \(R=1\).

Gọi \(\Delta\) là đường thẳng đi qua hai điểm \(O\) và \(I\).

\(\Delta\) có véc-tơ chỉ phương là \(\vec{OI}=(3;-4)\). Phương trình tham số của \(\Delta\) là: \(\begin{cases} x=3t\\y=4t\end{cases}\)

Gọi \(M\) là giao điểm của \((C)\) và \(\Delta\).

\(M\in\Delta\Rightarrow M(3t;4t)\);

\(M\in(C)\Leftrightarrow (3t-3)^2+(-4t+4)^2=1\Leftrightarrow \left[\begin{aligned}&t=\displaystyle\frac{6}{5}\Rightarrow M_1\left(\displaystyle\frac{18}{5};\displaystyle\frac{-24}{5}\right)\Rightarrow |z|=6\\ &t=\displaystyle\frac{4}{5} \Rightarrow M_2\left(\displaystyle\frac{12}{5};\displaystyle\frac{-16}{5}\right)\Rightarrow |z|=4.\end{aligned}\right.\)

Vậy \(|z|_{\max}=6\).

Cách 2.

Để \(|z|\) lớn nhất thì \(|z|=OI + R\), với \(O\) là gốc tọa độ, \(I\) là tâm đường tròn và \(R\) là bán kính của đường tròn.

Vậy \(max|z|=\sqrt{3^2+(-4)^2}+1=6\).

Ví dụ 4. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(|z - 3+3i|=2\). Giá trị lớn nhất của \(|z - i|\) là

A. \(7\)

B. \(9\)

C. \(6\)

D. \(8\)

\[|z-i|=|(z-3+3i)+(3-4i)|\leq |z-3+3i|+|3-4i|=2+5=7.\]

Dấu bằng xảy ra khi \(\begin{cases}z-3+3i=t(3-4i),\, (t\geq 0)\\ |z-3-3i|=2\end{cases} \Rightarrow t=\displaystyle\frac{2}{5}\Rightarrow z=\displaystyle\frac{21}{5}-\displaystyle\frac{23}{5}i\).

Vậy giá trị lớn nhất của \(|z-i|\) là \(7\).

Ví dụ 5. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(|z-3+4i|=2\). Giá trị lớn nhất của biểu thức \(|z|\) bằng

A. \( 3\)

B. \(5 \)

C. \(7 \)

D. \(9 \)

Ta có \(|z-3+4i|=2 \Leftrightarrow |z-(3-4i)|=2\).

Mà ta lại có \[\begin{aligned} &|z|-|(3-4i)|\le |z-(3-4i)|=2\\ \Leftrightarrow & |z|-5\le 2\\ \Leftrightarrow & |z|\le 7. \end{aligned}\]

Vậy giá trị lớn nhất của \(|z|\) bằng \(7\).

Ví dụ 6. Với các số phức \(z\) thỏa mãn \(|(1+i)z+1-7i|=\sqrt{2}\), hãy tìm giá trị lớn nhất của \(|z|\).

A. \(\max|z|=3\)

B. \(\max|z|=4\)

C. \(\max|z|=7\)

D. \(\max|z|=6\)

Đặt \(z=a+bi\Rightarrow\), với \(a,b\in\mathbb{R}\). Khi đó

\[\begin{aligned} &|(1+i)z+1-7i|=\sqrt{2}\\ \Leftrightarrow\ &|(1+i)(a+bi)+1-7i|=\sqrt{2}\\ \Leftrightarrow\ &(a-b+1)^2+(a+b-7)^2=2\\ \Leftrightarrow\ &a^2+b^2-6a-8b+24=0 \end{aligned}\]

Do đó, \(|z|_{\max}=OI+R=5+1=6\).

Ví dụ 7. Cho \(z\) là một số phức mà \((z+1-2i)(\bar z+3)\) là một số thực. Tìm giá trị nhỏ nhất \(P_0\) của biểu thức \(P=|z-3+2i|.\)

A. \(P_0=4\sqrt2\)

B. \(P_0=\displaystyle\frac{3\sqrt2}2\)

C. \(P_0=\sqrt2\)

D. \(P_0=0\)

Đặt \(z=x+yi\) với \(x, y\in \mathbb{R}.\) Biến đổi giả thiết ta được \(x-y+3=0\, (d).\) Gọi \(A(3; -2)\) là điểm biểu diễn của số phức \(3-2i\), \(M\) là điểm biểu diễn của \(z\). Khi đó, \(M\) thuộc đường thẳng \((d)\) và \(P=AM\). Do đó, \(P_0=\mathrm{d}(A, (d))=4\sqrt2.\)

Ví dụ 8. Cho số phức \( z \) thoả mãn \( |z - 1 + 2i| = 3 \). Tìm mô-đun lớn nhất của số phức \( z - 2i \).

A. \( \sqrt{26 + 6\sqrt{17}} \)

B. \( \sqrt{26- 6\sqrt{17}} \)

C. \( \sqrt{26 -4\sqrt{17}} \)

D. \( \sqrt{26 + 8\sqrt{17}} \)

Đặt \( w = z - 2i \), ta thấy

\[\begin{aligned} & \ w = z - 2i \\ \Leftrightarrow & \ w - 1 + 4i = z - 1 + 2i\\ \Rightarrow & \ |w - 1 + 4i| = |z-1+2i|\\ \Rightarrow & \ |w - 1 + 4i | =3\\ \Rightarrow & \ M(w) \in \mathscr{C}(I,3) \text{ với } I(1;-4). \end{aligned}\]

Do vậy, mô-đun lớn nhất của \( w \) bằng \( OI + 3 = \sqrt{17} + 3 = \sqrt{ 26 + 6 \sqrt{17} } \).

Ví dụ 9. Trên hệ tọa độ \(Oxy\), gọi \(M\) là điểm biểu diễn số phức \(z\) có mô-đun lớn nhất thỏa mãn \(\left\vert z + 4 - 3\mathrm{i}\right\vert = 5\). Tọa độ điểm \(M\) là

A. \(M\left(- 6;8\right)\)

B. \(M\left(8;-6\right)\)

C. \(M\left(8;6\right)\)

D. \(M\left(- 8;6\right)\)

Giả sử \(z = a + b\mathrm{i}\) với \(a, b\in \mathbb{R}\) ta có \[\left\vert\left\vert z\right\vert - \left\vert 4 - 3\mathrm{i}\right\vert\right\vert\leq\left\vert z + 4 - 3\mathrm{i}\right\vert\leq \left\vert z\right\vert + \left\vert 4 - 3\mathrm{i}\right\vert\]

Mà \(\left\vert 4 - 3\mathrm{i}\right\vert = \sqrt{4^2 + (- 3)^2} = 5\) và do giả thiết ta suy ra \(0\leq \left\vert z\right\vert\leq 10\). Do đó \(\max\left\vert z\right\vert = 10\) khi

\[\begin{aligned} &\begin{cases}\left\vert z\right\vert = 10\\ \left\vert z + 4 - 3\mathrm{i}\right\vert = 5\end{cases} \Leftrightarrow\begin{cases}a^2 + b^2 = 100\\ \left(a + 4\right)^2 + \left(b - 3\right)^2 = 25\end{cases}\\ \Leftrightarrow&\begin{cases}a^2 + b^2 = 100\\ a^2 + 8a + 16 + b^2 - 6b + 9 = 25\end{cases} \Leftrightarrow\begin{cases}a^2 + b^2 = 100\\ 4a - 3b = - 50\end{cases}\\ \Leftrightarrow&\begin{cases}a^2 + b^2 = 100\\ b = \displaystyle\frac{4a + 50}{3}\end{cases} \Leftrightarrow\begin{cases}a^2 + \left(\displaystyle\frac{4a + 50}{3}\right)^2 = 100\\ b = \displaystyle\frac{4a + 50}{3}\end{cases}\\ \Leftrightarrow&\begin{cases}9a^2 + \left(4a + 50\right)^2 = 900\\ b = \displaystyle\frac{4a + 50}{3}\end{cases} \Leftrightarrow\begin{cases}9a^2 + 16a^2 + 400a + 2500 = 900\\ b = \displaystyle\frac{4a + 50}{3}\end{cases}\\ \Leftrightarrow&\begin{cases}a^2 + 16a + 64 = 0\\ b = \displaystyle\frac{4a + 50}{3}\end{cases} \Leftrightarrow\begin{cases}a = - 8\\ b = 6.\end{cases} \end{aligned}\]

Suy ra số phức \(z = - 8 + 6\mathrm{i}\) thỏa mãn bài toán. Do đó tọa độ điểm \(M\left(- 8; 6\right)\).

Ví dụ 10. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(|z-3+3\mathrm{i}|=2\). Giá trị lớn nhất của \(|z-\mathrm{i}|\) bằng

A. \(7\)

B. \(9\)

C. \(6\)

D. \(8\)

Ta có tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) thỏa mãn \(|z-3+3\mathrm{i}|=2\) là đường tròn \((C)\) tâm \(I(3;-3)\), bán kính \(R=2\). Như vậy bài toán trở thành: ``Tính khoảng cách lớn nhất từ điểm \(A(0;1)\) đến một điểm \(Q\) trên đường tròn \((C)\)''. Và đó chính là khoảng cách từ điểm \(A\) đến điểm \(Q\) như hình vẽ bên.

\[AQ=AI+IQ=\sqrt{3^2+4^2}+R=5+2=7.\] Vậy giá trị lớn nhất của \(|z-\mathrm{i}|\) là \(7\).

Ví dụ 11. Cho số phức \(z=x+yi\ (x,y\in \mathbb{R})\) thỏa mãn \(\left|z+1-3i\right|=\sqrt{10}\) và \(\left|z+3+i\right|\) đạt giá trị lớn nhất. Tìm \(y-2x\).

A. \(y-2x=5\)

B. \(y-2x=2\sqrt{10}\)

C. \(y-2x=-5\)

D. \(y-2x=7\)

Gọi \(M\left(x;y\right), A\left(-1;3\right), B\left(-3;-1\right)\) lần lượt là các điểm biểu diễn số phức \(z=x+yi, z=-1+3i, z=-3-i\).

Theo giả thiết, \(\left|z+1-3i\right|=\sqrt{10}\Leftrightarrow \sqrt{\left(x+1\right)^2+\left(y-3\right)^2}=\sqrt{10}\Rightarrow AM=\sqrt{10}\).

Ta có \[\begin{aligned}&\left|z+3+i\right|=\sqrt{\left(x+3\right)^2+\left(y+1\right)^2}\\ \Leftrightarrow &\left|\overrightarrow{BM}\right|=\left|\overrightarrow{BA}+\overrightarrow{AM}\right|\leq \left|\overrightarrow{BA}\right|+\left|\overrightarrow{AM}\right|=BA+AM=2\sqrt{5}+\sqrt{10}\end{aligned}\]

Dấu \(=\) xảy ra khi và chỉ khi \(\overrightarrow{AM}=k\overrightarrow{BA}\Leftrightarrow \begin{cases}x+1=2k\\ y-3=4k\end{cases}\Leftrightarrow y-2x=5\).

Ví dụ 12. Cho các số phức \(z\), \(w\) thỏa mãn \(|z|=\sqrt{5}\), \(w=(4-3i)z+1-2i\). Giá trị nhỏ nhất của \(|w|\) là

A. \(3\sqrt{5}\)

B. \(4\sqrt{5}\)

C. \(5\sqrt{5}\)

D. \(6\sqrt{5}\)

Theo giả thiết ta có \(w=(4-3i)z+1-2i \Rightarrow z=\displaystyle\frac{w-1+2i}{4-3i}\).

Nên \(|z|=\sqrt{5}\Leftrightarrow \left|\displaystyle\frac{w-1+2i}{4-3i}\right|=\sqrt{5}\Leftrightarrow \left|w-1+2i\right|=5\sqrt{5}\).

Vậy, tập hợp điểm biểu diễn số phức \(w\) là đường tròn \(I(1;-2)\) và bán kính \(R=5\sqrt{5}\).

Ta có \(OI=\sqrt{1^2+(-2)^2}=\sqrt{5} < R\).

Do đó \(\min |w| = R-OI=5\sqrt{5}-\sqrt{5}=4\sqrt{5}\).

Ví dụ 13. Cho số phức \(z\) thỏa mãn điều kiện \(|z-1+2i|=\sqrt{5}\). Khi đó số phức \(w=z+1+i\) có môđun lớn nhất \(|w|_{\max}\) bằng

A. \(|w|_{\max}=20\)

B. \(|w|_{\max}=2\sqrt{5}\)

C. \(|w|_{\max}=\sqrt{5}\)

D. \(|w|_{\max}=5\sqrt{2}\)

Ta có \(|z-1+2i|=\sqrt{5} \Leftrightarrow |w-2+i|=\sqrt{5} \geqslant |w|-|2-i| = |w| -\sqrt{5} \Rightarrow |w| \leqslant 2\sqrt{5}\), dấu \("="\) xảy ra khi \(w=4-2i\).

Vậy \(|w|_{\max}=2\sqrt{5}\).

Ví dụ 14. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(|z-1-i|=1\), số phức \(w\) thỏa mãn \(|\overline{w}-2-3i|=2\). Tìm giá trị nhỏ nhất của \(|z-w|\).

A. \(\sqrt{13}-3\)

B. \(\sqrt{17}-3\)

C. \(\sqrt{17}+3\)

D. \(\sqrt{13}+3\)

Đặt \(z=x+yi \), Đặt \(w=a+bi\). Khi đó \[|z-1-i|=1 \Leftrightarrow |x-1+(y-1)i|=1 \Leftrightarrow (x-1)^2+(y-1)^2=1.\]

Do đó tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) là đường tròn \((C_1)\) có tâm \(I_1(1;1)\), \(r=1\).

\[|\overline{w}-2-3i|=2 \Leftrightarrow |a-2-(b+3)i|=2 \Leftrightarrow (a-2)^2+(b+3)^2 =4.\]

Do đó tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(w\) là đường tròn \((C_2)\) có tâm \(I_2(2;-3)\), bán kính \(R=2\).

\(|z-w| =\sqrt{(x-a)^2+(y-b)^2}\) đây là biểu thức xác định khoảng cách giữa hai điểm biểu diễn cho số phức \(z\) và \(w\).

Ta có \(I_1I_2=\sqrt{17}>R+r\) nên \((C_1)\) nằm ngoài \((C_2)\).

Khi đó khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm lần lượt nằm trên hai đường tròn là: \[d=I_1I_2-R-r=\sqrt{17}-3.\]

Ví dụ 15. Cho các số phức \(z\), \(w\) thỏa mãn \(|z|=\sqrt{5}\), \(w=(4-3i)z+1-2i\). Giá trị nhỏ nhất của \(|w|\) là

A. \(3\sqrt{5}\)

B. \(4\sqrt{5}\)

C. \(5\sqrt{5}\)

D. \(6\sqrt{5}\)

Theo giả thiết ta có \(w=(4-3i)z+1-2i \Rightarrow z=\displaystyle\frac{w-1+2i}{4-3i}\).

Nên \(|z|=\sqrt{5}\Leftrightarrow \left|\displaystyle\frac{w-1+2i}{4-3i}\right|=\sqrt{5}\Leftrightarrow \left|w-1+2i\right|=5\sqrt{5}\).

Vậy, tập hợp điểm biểu diễn số phức \(w\) là đường tròn \(I(1;-2)\) và bán kính \(R=5\sqrt{5}\).

Ta có \(OI=\sqrt{1^2+(-2)^2}=\sqrt{5} < R\).

Do đó \(\min |w| = R-OI=5\sqrt{5}-\sqrt{5}=4\sqrt{5}\).

Ví dụ 16. Cho các số phức \(z\), \(w\) thỏa mãn \(|z-5+3i|=3, |iw+4+2i|=2\). Tìm giá trị lớn nhất của biểu thức \(T=|3iz+2w|\).

A. \(\sqrt{554}+5\)

B. \(\sqrt{578}+13\)

C. \(\sqrt{578}+5\)

D. \(\sqrt{554}+13\)

Ta có \(|z-5+3i|=3 \Leftrightarrow \left|\displaystyle\frac{3iz-15i-9}{3i}\right|=3 \Leftrightarrow |3iz-9-15i|=9.\)

\(|iw+4+2i|=2 \Leftrightarrow \left|\displaystyle\frac{-i}{2}(-2w-4+8i)\right|=2 \Leftrightarrow |-2w-4+8i|=4.\)

Gọi \(A\) và \(B\) là điểm biểu diễn của \(3iz\) và \(-2w\), khi đó \(A\) và \(B\) lần lượt thuộc các đường tròn tâm \(O(9;15)\) bán kính bằng \(9\) và đường tròn \(I(4;-8)\) bán kính bằng \(4\). Ta tính được \(OI=\sqrt{554}\).

Khi đó \(T=|3iz+2w|=|3iz-(-2w)|=AB\).

Do \(IO=\sqrt{554}>4+9\) nên hai đường tròn ngoài nhau, suy ra \( AB_{\max}=AO+OI+IB=\sqrt{554}+13\).

Ví dụ 17. Cho số phức \(z=a+bi\) (\(a\), \(b\) là các số thực) thỏa mãn \(|z|=|\bar{z}-3+4i|\) và có mô-đun nhỏ nhất. Giá trị của \(P=ab\) là

A. \(\displaystyle\frac{3}{4} \)

B. \(4 \)

C. \(2 \)

D. \(3 \)

Đặt \(z=a+bi\), ta có \[\begin{aligned} &|z|=|\bar{z}-3+4i|\\ \Leftrightarrow &|a+bi|=|a-bi-3+4i|\\ \Leftrightarrow &|a+bi|=|(a-3)-(b-4)i|\\ \Leftrightarrow &\sqrt{a^2+b^2}=\sqrt{(a-3)^2+(b-4)^2}\\ \Leftrightarrow &a^2+b^2=(a-3)^2+(b-4)^2\\ \Leftrightarrow &-6a+9-8b+16=0\\ \Leftrightarrow &6a+8b-25=0. \end{aligned}\]

Tập hợp điểm của số phức \(z\) là đường thẳng \(6x+8y-25=0\). Vậy mô-đun nhỏ nhất của số phức \(z\) là hình chiếu vuông góc của gốc tọa độ \(O\) lên đường thẳng.

Xét đường thẳng qua \(O\) và vuông góc với đường thẳng \(6x+8y-25=0\) có phương trình là \(8x-6y=0\).

Gọi \(H\) là hình chiếu của \(O\) lên đường thẳng \(6x+8y-25=0\). Ta có tọa độ \(H\) thỏa hệ \(\left\{ \begin{aligned} &6x+8y-25=0\\ &8x-6y=0\end{aligned} \right.\Leftrightarrow \left\{ \begin{aligned} &x=\displaystyle\frac{3}{2}\\& y=2 \end{aligned}\right.\).

Suy ra \(H\left(\displaystyle\frac{3}{2};2\right)\) là điểm biểu diễn của số phức \(z=\displaystyle\frac{3}{2}+2i\).

Vậy \(a=\displaystyle\frac{3}{2}\), \(b=2\) khi đó \(P=3\).

Ví dụ 18. Cho số phức \(z\) thỏa mãn \(\left|\displaystyle\frac{z-2i}{z+3-i} \right|=1\). Giá trị nhỏ nhất của \(|z+3-2i|\) bằng

A. \(\displaystyle\frac{2\sqrt{10}}{5}\)

B. \(2\sqrt{10}\)

C. \(\sqrt{10}\)

D. \(\displaystyle\frac{\sqrt{10}}{5}\)

Gọi \(z=x+yi\) với \(x\), \(y\in \mathbb{R}\).

\(\left|\displaystyle\frac{z-2i}{z+3-i} \right|=1\Leftrightarrow |z-2i|=|z+3-i|\Leftrightarrow \left|x+(y-2)i \right|=\left|(x+3)+(y-1)i \right| \Leftrightarrow 3x+y+3=0\).

Vậy tập hợp các điểm biểu diễn số phức \(z\) là đường thẳng \(d\colon 3x+y+3=0\).

Ta có \(|z+3-2i|=|z-(-3+2i)|\), với \(M_0(-3;2)\).

\(|z+3-2i|\) đạt giá trị nhỏ nhất bằng \(\mathrm{d}(M_0,d)=\displaystyle\frac{|-9+2+3|}{\sqrt{9+1}}=\displaystyle\frac{4}{\sqrt{10}}=\displaystyle\frac{2\sqrt{10}}{5}\).

Ví dụ 19. Trong các số phức \(z\) thoả mãn điều kiện \(|z+1-2i|=|z-i|\), tìm số phức \(z\) có mô-đun nhỏ nhất.

A. \(z=-1+i\)

B. \(z=-1-i\)

C. \(z=1-i\)

D. \(z=1+i\)

Ta có \(|z+1-2i|=|z-i| \Leftrightarrow (x+1)^2+(y-2)^2=x^2+(y-1)^2 \Leftrightarrow x-y+2=0\).

Vậy tập hợp số phức \(z\) thoả điều kiện đề bài là đường thẳng \(d \colon x-y+2=0\).

Gọi \(\Delta\) là đường thẳng qua \(O\) và vuông góc với \(d\). Phương trình đường thẳng \(\Delta \colon x +y = 0\).

Gọi \(H = \Delta \cap d\). Tọa độ \(H\) là nghiệm hệ phương trình \(\begin{cases}x+y=0 \\ x-y+2=0\end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases}x=-1 \\ y=1\end{cases}\). Suy ra \(H(-1;1)\).

Độ dài \(OH\) là mô-đun nhỏ nhất của số phức \(z\) thỏa yêu cầu bài.

Vậy số phức thoả yêu cầu bài là \(z=-1+i\).

Ví dụ 20. Trong các số phức \(z\) thỏa mãn \(|z|=|\overline{z}-1+2\mathrm{i}|\), số phức có môđun nhỏ nhất là

A. \(z=1+\displaystyle\frac{3}{4}\mathrm{i}\)

B. \(z=\displaystyle\frac{1}{2}+\mathrm{i}\)

C. \(z=3+\mathrm{i}\)

D. \(z=5\)

Vì \(|\overline{z}|=|z|\) nên \(|z|=|\overline{z}-1+2\mathrm{i}|\Leftrightarrow |\overline{z}|=|\overline{z}-1+2\mathrm{i}|.\)

Gọi \(A,\ M\) lần lượt là điểm biểu diễn hình học của các số phức \(\overline{z}\) và \(1-2\mathrm{i}\). Từ đẳng thức trên suy ra khoảng cách từ điểm \(A\) đến \(O\) bằng khoảng cách từ điểm \(A\) đến \(M\), suy ra \(A\) thuộc đường trung trực của \(OM\).

Điểm thuộc đường trung trực của \(OM\) mà cách \(O\) ngắn nhất đó là trung điểm của \(OM\), tương ứng là điểm biểu diễn của số phức \(\overline{z}=\displaystyle\frac{1}{2}-\mathrm{i}\).

Vậy số phức cần tìm là \(z=\displaystyle\frac{1}{2}+\mathrm{i}\).

Ví dụ 21. Xét các số phức \(z\) thỏa mãn \(\left|iz-3\right|=\left|z-2-i\right|\). Tìm phần thực của số phức \(z\) sao cho \(\left|z\right|\) nhỏ nhất.

A. \(\displaystyle\frac{1}{5}\)

B. \(-\displaystyle\frac{2}{5}\)

C. \(-\displaystyle\frac{1}{5}\)

D. \(\displaystyle\frac{2}{5}\)

Gọi \(z=x+yi\), với \(x, y \in \mathbb{R}\). \[\begin{aligned} \left|iz-3\right|=\left|z-2-i\right|\Leftrightarrow & \left|xi-y-3\right|=\left|(x-2)+(y-1)i\right|\\ \Leftrightarrow& x^2+\left(y+3\right)^2=\left(x-2\right)^2+\left(y-1\right)^2\\ \Leftrightarrow& x+2y=-1\Leftrightarrow x=-2y-1. \end{aligned}\]

Khi đó, \(\left|z\right|=\sqrt{x^2+y^2}=\sqrt{\left(-1-2y\right)^2+y^2}=\sqrt{5\left(y+\displaystyle\frac{2}{5}\right)^2+\displaystyle\frac{1}{5}}\ge \displaystyle\frac{1}{\sqrt{5}}\).

Suy ra, \(\left|z\right|_{\min}=\displaystyle\frac{1}{\sqrt{5}}\) khi \(y=-\displaystyle\frac{2}{5} \Rightarrow x=-\displaystyle\frac{1}{5}\).

Ví dụ 22. Trong các số phức \(z\) thỏa mãn \(|z-1+i|=|\overline{z}+1-2i|\), số phức \(z\) có mô-đun nhỏ nhất là

A. \(\displaystyle\frac{-3}{5}+\displaystyle\frac{3}{10}i\)

B. \(\displaystyle\frac{3}{5}+\displaystyle\frac{3}{10}i\)

C. \(\displaystyle\frac{-3}{5}-\displaystyle\frac{3}{10}i\)

D. \(\displaystyle\frac{3}{5}-\displaystyle\frac{3}{10}i\)

Gọi \(z=x+yi\), (\(x,y\in \mathbb{R}\)). \[\begin{aligned} |z-1+i|=|\overline{z}+1-2i|\Leftrightarrow& |x+yi-1+i|=|x-yi+1-2i|\\ \Leftrightarrow& (x-1)^2+(y+1)^2=(x+1)^2+(y+2)^2\\ \Leftrightarrow& -2x+1+2y+1=2x+1+4y+4\\ \Leftrightarrow& 4x+2y=-3 \Rightarrow (4x+2y)^2=9\\ \Rightarrow& 9\le (4^2+2^2)(x^2+y^2)\Rightarrow |z|\ge \displaystyle\frac{3}{2\sqrt{5}}. \end{aligned}\]

Đẳng thức xảy ra khi \(\begin{cases}2x+y=-3\\ \displaystyle\frac{x}{2}=\displaystyle\frac{y}{1}\end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases}x=-\displaystyle\frac{3}{5}\\ y=-\displaystyle\frac{3}{10}\end{cases}\).

Vậy \(z=-\displaystyle\frac{3}{5}-\displaystyle\frac{3}{10}i\).

Ví dụ 23. Cho hai số phức \(z,w\) thỏa mãn \(|z-1|=|z+3-2i|\) và \(w=z+m+i\) với \(m\in\mathbb{R}\) là tham số. Giá trị của \(m\) để ta luôn có \(|w| \geq 2\sqrt{5}\) là

A. \(m\geq 7\) hoặc \(m\leq 3\)

B. \(m\geq 7\) hoặc \(m\leq -3\)

C. \(-3\leq m < 7\)

D. \(3 \leq m\leq 7\)

Ta có \(z = w - m -i\) nên \(|w - m - 1 - i|=|w - m + 3 - 3i|\)

Gọi \(w = a + bi,\, a,b \in \mathbb{R}\). Ta có

\(|(a-m-1) + (b-1)i| = |(a-m+3) + (b-3)i| \Leftrightarrow (a-m-1)^2 + (b-1)^2 = (a-m+3)^2 + (b-3)^2\)

Suy ra \(b = 2a - 2m + 4\). Ta lại có

\(|w|^2 = a^2 + b^2 = a^2 + (2a - 2m + 4)^2 = 5a^2 + 8(2-m) a + 4m^2 -16m + 16\).

Để \(|w| \geq 2\sqrt{5} \Leftrightarrow 5a^2 + 8(2-m) a + 4m^2 -16m - 4 \geq 0\) với mọi \(a\).

Tương đương với \(\Delta' \leq 0 \Leftrightarrow 16(2-m)^2 - 5(4m^2 -16m - 4) \leq 0 \Leftrightarrow m\geq 7\ \vee\ m\leq -3\).

Ví dụ 24. Trong các số phức \(z\) thỏa mãn \(\left|z+1-5i\right|=\left|\overline{z}+3-i\right|\), giả sử số phức có mô-đun nhỏ nhất có dạng \(z=a+bi\). Khi đó \(S=\displaystyle\frac{a}{b}\) bằng bao nhiêu?

A. \(\displaystyle\frac{2}{3}\)

B. \(\displaystyle\frac{1}{3}\)

C. \(\displaystyle\frac{1}{4}\)

D. \(\displaystyle\frac{3}{2}\)

Giả sử \(z=a+bi \ (a,b\in\mathbb{R}) \Rightarrow \overline{z}=a-bi.\)

Khi đó \[\begin{aligned} &\left|z+1-5i\right|=\left|\overline{z}+3-i\right|\\ \Leftrightarrow &(a+1)^2+(b-5)^2=(a+3)^2+(b+1)^2\\ \Leftrightarrow &a+3b-4=0 \Leftrightarrow a=4-3b. \end{aligned}\]

Do đó \[\begin{aligned} |z|&=\sqrt{a^2+b^2}=\sqrt{(4-3b)^2+b^2}=\sqrt{10b^2-24b+16}\\ &=\sqrt{\left(\sqrt{10}b-\displaystyle\frac{12}{\sqrt{10}}\right)^2+\displaystyle\frac{16}{10}}\ge \displaystyle\frac{4}{\sqrt{10}}. \end{aligned}\]

Đẳng thức xảy ra khi \(b=\displaystyle\frac{6}{5} \Rightarrow a=\displaystyle\frac{2}{5}\). Suy ra \(\min |z|=\displaystyle\frac{4}{\sqrt{10}}\).

Vậy \(S=\displaystyle\frac{a}{b}=\displaystyle\frac{1}{3}\).

Ví dụ 25. Trong các số phức thỏa mãn điều kiện \(|z-2-4i|=|z-2i|\). Số phức \(z\) có môđun nhỏ nhất là

A. \(z=-2+2i\)

B. \(z=2+2i\)

C. \(z=2-2i\)

D. \(z=-2-2i\)

Gọi \(z=x+yi\,(x,y\in\mathbb{R})\). Khi đó \[\begin{aligned} |z-2-4i|=|z-2i|\Leftrightarrow &|x-2+(y-4)i|=|x+(y-2)i|\\ \Leftrightarrow & (x-2)^2+(y-4)^2=x^2+(y-2)^2\\ \Leftrightarrow & x+y-4=0\Leftrightarrow x=4-y. \end{aligned}\]

Ta có \(|z|=\sqrt{x^2+y^2}=\sqrt{(y-4)^2+y^2}=\sqrt{2y^2-8y+16}=\sqrt{2(y-2)^2+8}\ge 2\sqrt{2}.\)

\(|z|\) nhỏ nhất khi và chỉ khi \(y=2\Rightarrow x=2\). Do đó \(z=2+2i.\)