已知 $z \in \mathbb C$,若关于 $x$ 的方程 $x^2-2zx+\dfrac 3 4+\rm i=0$($\rm i$ 为虚数单位)有实数根,则复数 $z$ 的模 $|z|$ 的最小值为
【难度】
【出处】
2016年全国高中数学联赛福建省预赛
【标注】
  • 数学竞赛
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    复数
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    复数
【答案】
$1$
【解析】
设 $z=a+b{\rm i}(a,b \in \mathbb R), x=x_0$ 是方程 $x^2-2zx+\dfrac 3 4+{\rm i}=0$ 的一个实数根.则\[x_0^2-2(a+b{\rm i})x_0+\dfrac 3 4+{\rm i}=0.\]所以\[\begin{cases}x_0^2-2ax_0+\dfrac 3 4=0, \qquad \qquad \qquad \text{ ① }\\-2bx_0+1=0.\qquad \qquad \qquad \qquad \text{ ② }\end{cases}\]由\text{ ② }得,$x_0=\dfrac 1 {2b}$,代入\text{ ① },得 $\dfrac 1{4b^2}-2a \cdot \dfrac 1{2b}+\dfrac 3 4=0$,
则 $3b^2-4ab+1=0$,得 $a=\dfrac{3b^2+1}{4b}$.
所以\[\begin{split}|z|^2&=a^2+b^2=\left(\dfrac{3b^2+1}{4b}\right)^2+b^2\\&=\dfrac{25}{16}b^2+\dfrac 1{16b^2}+\dfrac 3 8 \geqslant \dfrac 5 8+\dfrac 3 8\\&=1,\end{split}\]当且仅当 $b=\pm\dfrac{\sqrt 5}{5}$ 时等号成立.
所以 $|z|$ 的最小值为 $1$.
$\left(a=\dfrac{2\sqrt 5}{5},b=\dfrac{\sqrt 5}{5}\text{或}a=-\dfrac{2\sqrt 5}{5},b=-\dfrac{\sqrt 5}{5},\text{即}z=\pm\left(\dfrac{2\sqrt 5}{5}+\dfrac{\sqrt 5}{5}{\rm i}\right).\right)$
题目 答案 解析 备注
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