设某个多边形 $E$ 的顶点在复平面中均是形式为 $1 + z + {z^2} + \cdots + {z^{k - 1}}$ 的点,其中 $\left| z \right| < 1$,则点 $z = 0$ 具有性质 \((\qquad)\)
A: 一定是多边形 $E$ 上的点
B: 一定不是多边形 $E$ 上的点
C: 不一定是多边形 $E$ 上的点
D: 恰恰是多边形 $E$ 的边界点
【难度】
【出处】
2008年复旦大学优秀高中生文化水平选拔测试
【标注】
  • 数学竞赛
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    复数
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    复数
  • 知识点
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    复数
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    复数的运算
【答案】
B
【解析】
由于$$1 + z + {z^2} + \cdots + {z^{k - 1}} = \dfrac{{1\left( {1 - {z^k}} \right)}}{{1 - z}}= \dfrac{{1 - {z^k}}}{{1 - z}},$$假设 $z = 0$ 是多边形边界 $AB$ 上的点,设 $A$、$B$ 对应的复数为 ${z_1} = \dfrac{{1 - {z^m}}}{{1 - z}}$,${z_2}= \dfrac{{1 - {z^n}}}{{1 - z}}$,则$$z = \lambda {z_1} + \left( {1 - \lambda } \right){z_2} = 0,$$其中 $0 \leqslant \lambda \leqslant 1$,所以$$\lambda \left( {1 - {z^m}} \right) + \left( {1 - \lambda } \right)\left( {1 - {z^n}} \right) = 0,$$得$$\lambda \cdot {z^m} + \left( {1 - \lambda } \right) \cdot {z^n} = 1,$$而\[\begin{split}\left| {\lambda \cdot {z^m} + \left( {1 - \lambda } \right) \cdot {z^n}} \right|& \leqslant \left| {\lambda \cdot {z^m}} \right| + \left| {\left( {1 - \lambda } \right) \cdot {z^n}} \right| \\&= \lambda \cdot \left| {{z^m}} \right| + \left( {1 - \lambda } \right) \cdot \left| {{z^n}} \right| < 1.\end{split}\]矛盾.
因此 $z = 0$ 不是多边形边界上的点.
题目 答案 解析 备注
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