PROBLEMS ON PROPERTIES OF COMPLEX NUMBERS

Problem 1 :

If |z1| = 1, |z2| = 2, |z3| = 3 and |9z1z2 + 4z1z3 + z2z3| = 12, then the value of |z1 + z2 + z3| is

(1)   1   (2)   2   (3)   3   (4)   4

Solution :

Given, |z1| = 1, |z2| = 2, |z3| = 3 

|9z1z2 + 4z1z3 + z2z3| = 12

|z1| |z2| |z3| 9z3 + 4z2 + 1z1 = 1269z3|z3|2 + 4z2|z2|2 + z1|z1|2 = 126|z1 + z2 + z3| = 126|z1 + z2 + z3| = 12|z1 + z2 + z3| = 126|z1 + z2 + z3| = 2

So, option (2) is correct.

Problem 2 :

If z is a complex number such that z ϵ ℂ \ ℝ and z + 1/z ϵ ℝ, then |z| is

(1)   0   (2)   1   (3)   2   (4)   3

Solution :

Given, z is a complex number.

Real part = z + 1zImaginary part = 0 z + 1z = x + iy + 1x + iyNumarator and denominator multiplied by x - iy.= x + iy + 1x + iy x - iyx - iy= x + iy + x - iyx2 + y2= x + iy + xx2 + y2 - iyx2 + y2z + 1z= x + xx2 + y2 + iy - yx2 + y2 Equating imaginary part.0 = y - yx2 + y2since x = 0= y - y0 + y2= y - yy20 = y - 1yy = 1yy2 = 1y = ± 1 We know that |z| = x2 + y2Put x = 0 and y =± 1|z| = 0 + 1|z| =1|z| = 1

So, option (2) is correct.

Problem 3 :

z1, z2 and z3 are complex numbers such that z1 + z2 + z3 = 0 and |z1| = |z2| = |z3| = 1 then z12 + z22 + z32 is

(1)  3   (2)   2   (3)   1   (4)   0

Solution :

Given, z1, z2 and z3 are complex numbers.

z1 + z2 + z3 = 0 and |z1| = |z2| = |z3| = 1

To find : z12 + z22 + z32

z12 + z22 + z32 = z12+ z22 + z32 - 2(z1z2 + z2z3 + z3z1)

z12 + z22 + z32 = (z1 + z2 + z3)2 - 2(z1z2 + z2z3 + z3z1)

z12 + z22 + z32 = - 2(z1z2 + z2z3 + z3z1)

z12 + z22 + z32 = -2z1z2z3(1/z1 + 1/z2 + 1/z3) --- (1)

|z1| = 1

|z1|2 = 1

z11 = 1

1/z1 = z̄1 similarly 1/z2 = z̄2, 1/z3 = z̄3

1/z1 = z̄1, 1/z2 = z̄2 and 1/z3 = z̄3 substitute in (1) becomes,

z21 + z22 + z23 = -2z1z2z3z1 + z2 + z3z21 + z22 + z23 = -2z1z2z3z1 + z2 + z3 ---- (2)z1 + z2 + z3 = 0 z1 + z2 + z3 = 0z1 + z2 + z3 substitute in equation (2).z21 + z22 + z23 = -2z1z2z3 (0)z21 + z22 + z23 = 0

So, option (4) is correct.

Problem 4 :

If (z - 1)/(z + 1) is purely imaginary, then |z| is 

(1)   1/2    (2)   1   (3)   2   (4)   3

Solution :

Given, z - 1z + 1Let z = x + iyz - 1z + 1 = x + iy - 1x + iy + 1= x - 1 + iyx + 1 + iy= x - 1 + iyx + 1 + iy × x + 1 + iyx + 1 + iy= x2 - 1 + y2 + i[y(x + 1) - y(x - 1)](x + 1)2 + y2Given that z - 1z + 1 is a purely imaginary. x2 - 1 + y2 (x + 1)2 + y2 = 0x2 - 1 + y2 = 0x2 + y2 = 1x2 + y2 = 1|z|2 = 1|z| = 1

Problem 5 :

If z = x + iy is a complex number such that |z + 2| = |z - 2|, then the locus of z is

(1)   real axis   (2)   imaginary axis   (3)   ellipse   (4)   circle

Solution :

|z + 2| = |z - 2|

|x + iy + 2| = |x + iy - 2|

|x + 2 + iy|2 = |x - 2 + iy|2

(x + 2)2 + y2 = (x - 2)2 + y2

x2 + y2 + 4x = x2 + 4 - 4x

x2 + y2 + 4x - x2 - 4 + 4x = 0

8x = 0

x = 0

So, option (2) is correct. 

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