问题 解答题
设非零复数a1,a2,a3,a4,a5满足
a2
a1
=
a3
a2
=
a4
a3
=
a5
a4
a1+a2+a3+a4+a5=4(
1
a1
+
1
a2
+
1
a3
+
1
a4
+
1
a5
)=S

其中S为实数且|S|≤2.
求证:复数a1,a2,a3,a4,a5在复平面上所对应的点位于同一圆周上.
答案

证明:设

a2
a1
=
a3
a2
=
a4
a3
=
a5
a4
=q,

由题设条件,得a1(1+q+q2+q3+q4)=

4
a1q4
(1+q+q2+q3+q4),

∴(a12q4-4)(1+q+q2+q3+q4)=0,

a1q2=±2,或1+q+q2+q3+q4=0.

①若a1q2=±2,则±2(

1
q2
+
1
q
+1+q+q2)=S,

∴S=±2[(q+

1
q
)2+(q+
1
q
)-1]=±2[(q+
1
q
+
1
2
2-
5
4
],

∴由已知条件得(q+

1
q
+
1
2
2-
5
4
∈R,且|(q+
1
q
+
1
2
2-
5
4
|≤1.

令q+

1
q
+
1
2
=h(cosθ+isinθ),则h2(cos2θ+isin2θ)-
5
4
∈R

∴sin2θ=0.

-1≤h2(cos2θ+isin2θ)-

5
4
≤1,

1
4
h2(cos2θ+isin2θ)≤
9
4

∴cos2θ>0,∴θ=kπ,k∈Z.

∴q+

1
q
∈R,再令q=r(cosα+isinα),r>0.

则q+

1
q
=(r+
1
r
)cosα+i(r-
1
r
)sinα∈R,

∴sinα=0,或r=1.

若sinα=0,则q=±r为实数,

此时q+

1
q
≥2,或q+
1
q
≤-2.

此时,q+

1
q
+
1
2
≥5,或q+
1
q
+
1
2
≤-
3
2

此时,由|(q+

1
q
+
1
2
2-
5
4
|≤1,知q=-1,|a1|=2.

若r=1,仍有|a1|=2,故此五点在同一圆上.

②若1+q+q2+q3+q4=0,则|q|=1,

此时|a1|=|a2|=|a3|=|a4|=|a5|,

故此五点共圆.

综上,复数a1,a2,a3,a4,a5在复平面上所对应的点位于同一圆周上.

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单项选择题