设复数 $z_1,z_2$ 满足 ${\rm Re}(z_1)>0,{\rm Re}(z_2)>0$,且 ${\rm Re}(z_1^2)={\rm Re}(z_2^2)=2$,其中 ${\rm Re}(z)$ 表示复数 $z$ 的实部.
【难度】
【出处】
2017年全国高中数学联赛A卷(一试)
【标注】
  • 数学竞赛
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    复数
    >
    复数
  • 知识点
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    不等式
    >
    常用不等式
    >
    均值不等式
  • 题型
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    不等式
    >
    求代数式的最值与范围
  • 数学竞赛
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    复数
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    复数
  • 知识点
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    解析几何
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    双曲线
    >
    双曲线的定义
    >
    双曲线的第一定义
  • 题型
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    不等式
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    求代数式的最值与范围
  • 知识点
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    复数
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    复数的运算
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    复数的模
  • 知识点
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    复数
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    复数的运算
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    共轭复数
  • 知识点
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    复数
    >
    复数与几何
  1. 求 ${\rm Re}(z_1z_2)$ 的最小值;
    标注
    • 数学竞赛
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      复数
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      复数
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      均值不等式
    • 题型
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      不等式
      >
      求代数式的最值与范围
    答案
    $2$
    解析
    设 $z_k=x_k+{\rm i}y_k$,$k=1,2$.根据题意,有 $x_1,x_2>0$,且\[x_1^2-y_1^2=x_2^2-y_2^2=2.\]于是 $P_1(x_1,y_2)$ 和 $P_2(x_2,y_2)$ 都是双曲线 $H:x^2-y^2=2$ 右支上的点.而\[\begin{split}{\rm Re}(z_1z_2)&=x_1x_2-y_1y_2\\
    &=\sqrt{y_1^2+2}\cdot\sqrt{y_2^2+2}-y_1y_2\\
    &=\sqrt{y_1^2y_2^2+2y_1^2+2y_2^2+4}-y_1y_2\\
    &\geqslant \sqrt {y_1^2y_2^2+4y_1y_2+4}-y_1y_2\\
    &=\left|y_1y_2+2\right|-y_1y_2\\
    &\geqslant 2,\end{split}\]等号当 $y_1=y_2$ 时取得.因此所求的最小值为 $2$.
  2. 求 $\left|z_1+2\right|+\left|\overline{z_2}+2\right|-\left|\overline{z_1}-z_2\right|$ 的最小值.
    标注
    • 数学竞赛
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      复数
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      复数
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      双曲线的第一定义
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      不等式
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      求代数式的最值与范围
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      复数的模
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      复数
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      复数的运算
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      共轭复数
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      复数
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      复数与几何
    答案
    $4\sqrt 2$
    解析
    由共轭复数的性质,有\[m=\left|z_1+2\right|+\left|\overline{z_2}+2\right|-\left|\overline{z_1}-z_2\right|=\left|z_1-(-2)\right|+\left|\overline{z_2}-(-2)\right|-\left|z_1-\overline{z_2}\right|,\]记 $F_1(-2,0)$,$F_2(2,0)$ 为双曲线 $H$ 的左、右焦点,$P_2'$ 为 $P_2$ 关于 $x$ 轴的对称点(该点仍然在双曲线 $H$ 上),于是\[m=|P_1F_1|+|P_2'F_1|-|P_1P_2'|=2\sqrt 2+|P_1F_2|+2\sqrt 2+|P_2'F_2|-|P_1P_2'|\geqslant 4\sqrt 2,\]等号当 $F_2$ 在线段 $P_1P_2'$ 时取得.因此所求的最小值为 $4\sqrt 2$.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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