已知 $z$ 为复数,$\mathrm i$ 为虚数单位.若 $|z|=1$,$|\overline {z}+\mathrm i|=1$,则当 $(z+\mathrm i)^n$($n \in \mathbb N^*$)为实数时,$|z+\mathrm i|^n$ 的最小值为  \((\qquad)\)
A: $\sqrt 3$
B: $3$
C: $2\sqrt 3$
D: $3\sqrt 3$
【难度】
【出处】
2010年全国高中数学联赛山东省预赛
【标注】
  • 数学竞赛
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    复数
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    复数
【答案】
D
【解析】
设 $z=x+y\mathrm i$($x,y \in \mathbb R$).
由 $|z|=1$,$|\bar z+\mathrm i|=1$,得$$\begin{cases}x^2+y^2=1,\\ x^2+(1-y)^2=1,\end{cases}$$解得 $x=\pm \dfrac {\sqrt 3}{2}$,$y=\dfrac 12$,所以$$\begin{split}&z=\pm \dfrac {\sqrt 3}{2}+\dfrac 12 \mathrm i,\\&z+\mathrm i=\pm \dfrac {\sqrt 3}{2}+\dfrac 32\mathrm i =\sqrt 3\left(\pm \dfrac {1}{2}+\dfrac {\sqrt 3}{2} \mathrm i\right),\end{split}$$故$$|z+\mathrm i|^n =(\sqrt 3)^n\left|\pm \dfrac {1}{2}+\dfrac {\sqrt 3}{2} \mathrm i\right|^n=(\sqrt 3)^n.$$由此可见,当 $n$ 取最小值 $n_0$ 时,$|z+\mathrm i|^n$ 取最小值 $(\sqrt 3)^{n_{0}}$.
当 $z=\dfrac {\sqrt 3}{2}+\dfrac 12 \mathrm i$ 时,$$z+\mathrm i=\sqrt 3\left(\dfrac 12+\dfrac {\sqrt 3}{2}\mathrm i\right)=\sqrt 3 \left(\cos \dfrac {\pi}{3}+\mathrm i\sin \dfrac {\pi}{3}\right).$$当 $z=-\dfrac {\sqrt 3}{2}+\dfrac 12 \mathrm i$ 时,$$z+\mathrm i=\sqrt 3\left(-\dfrac 12+\dfrac {\sqrt 3}{2}\mathrm i\right)=\sqrt 3 \left(\cos \dfrac {2\pi}{3}+\mathrm i\sin \dfrac {2\pi}{3}\right).$$因此使 $(z+\mathrm i)^n$ 为实数时 $n$ 的最小值为 $3$,此时 $|z+\mathrm i|^n$ 的最小值为 $(\sqrt 3)^{3}=3\sqrt 3$.
题目 答案 解析 备注
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