问题 解答题
已知复数z0=1-mi(m>0),z=x+yi和w=x'+y'i,其中x,y,x',y'均为实数,i为虚数单位,且对于任意复数z,有w=
.
z0
.
z
,|w|=2|z|.
(Ⅰ)试求m的值,并分别写出x'和y'用x、y表示的关系式;
(Ⅱ)将(x、y)作为点P的坐标,(x'、y')作为点Q的坐标,上述关系可以看作是坐标平面上点的一个变换:它将平面上的点P变到这一平面上的点Q,当点P在直线y=x+1上移动时,试求点P经该变换后得到的点Q的轨迹方程;
(Ⅲ)是否存在这样的直线:它上面的任一点经上述变换后得到的点仍在该直线上?若存在,试求出所有这些直线;若不存在,则说明理由.
答案

(Ⅰ)由题设,|w|=|

.
z0
.
z
|=|z0||z|=2|z|,∴|z0|=2,

于是由1+m2=4,且m>0,得m=

3
,…(3分)

因此由x′+y′i=

.
(1-
3i
)
.
(x+yi)
=x+
3y
+(
3x
-y)i,

得关系式

x′=x+
3y
y′=
3x
-y
…(5分)

(Ⅱ)设点P(x,y)在直线y=x+1上,则其经变换后的点Q(x',y')满足

x′=(1+
3
)x+
3
y′=(
3x
-1)x-1
,…(7分)

消去x,得y′=(2-

3
)x′-2
3
+2,

故点Q的轨迹方程为y=(2-

3
)x-2
3
+2…(10分)

(3)假设存在这样的直线,∵平行坐标轴的直线显然不满足条件,

∴所求直线可设为y=kx+b(k≠0),…(12分)

[解法一]∵该直线上的任一点P(x,y),其经变换后得到的点Q(x+

3
y,
3
x-y)仍在该直线上,

3
x-y=k(x+
3
y)+b,

-(

3
k+1)y=(k-
3
)x+b,

当b≠0时,方程组

-(
3
k+1)=1
k-
3
=k
无解,

故这样的直线不存在.                                            …(16分)

当b=0时,由

-(
3
k+1)
1
=
k-
3
k

3
k2+2k-
3
=0,

解得k=

3
3
k=-
3

故这样的直线存在,其方程为y=

3
3
x或y=-
3
x
,…(18分)

[解法二]取直线上一点P(-

b
k
,0),其经变换后的点Q(-
b
k
,-
3
b
k
)
仍在该直线上,

-

3
b
k
=k(-
b
k
)+b,

得b=0,…(14分)

故所求直线为y=kx,取直线上一点P(0,k),其经变换后得到的点Q(1+

3
k,
3
-k)仍在该直线上.

3
-k=k(1+
3
k),…(16分)

3
k2+2k-
3
=0,得k=
3
3
k=-
3

故这样的直线存在,其方程为y=

3
3
x或y=-
3
x
,…(18分)

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