Nesta página, você encontra uma seleção de questões de Números Complexos do IME, com resoluções detalhadas e passo a passo. Os problemas foram retirados de provas do Instituto Militar de Engenharia (IME) e exploram diferentes técnicas e propriedades dos números complexos.
As questões envolvem conceitos como forma algébrica e trigonométrica dos números complexos, módulo, argumento, conjugado, operações com números complexos, potências, raízes, fórmula de De Moivre e interpretação geométrica no plano complexo.
Sugestão: tente resolver cada questão antes de consultar a solução. Em problemas de Números Complexos do IME, reconhecer a representação ou propriedade adequada muitas vezes é a parte mais importante da resolução.
🧩 Exercício 1 IME 2010/2011Fácil
Seja x um número real ou complexo para o qual
x+x1=1.
O valor de
x6+x61
é:
Partimos da condição
x+x1=1.
Como x=0, podemos multiplicar toda a equação por x:
x2+1=x.
Assim,
x2−x+1=0.
Aplicando a fórmula de Bhaskara:
x=21±1−4.
Como
1−4=−3,
temos
x=21±i3.
Agora reconhecemos essa expressão na forma trigonométrica.
Sabemos que
cos3π=21
e
sen3π=23.
Portanto,
x=cos3π±isen3π.
Pela forma trigonométrica dos números complexos,
x=e±i3π.
Elevando à sexta potência:
x6=(e±i3π)6.
Pela fórmula de De Moivre,
x6=e±i2π.
Como
ei2π=1
e
e−i2π=1,
temos, em ambos os casos,
x6=1.
Consequentemente,
x61=1.
Logo,
x6+x61=1+1.
Portanto,
2.
Assim, a alternativa correta é a (A).
🧩 Exercício 2 IME 2010/2011Difícil
Sejam
z1=10+6i
e
z2=4+6i,
onde i é a unidade imaginária, e z um número complexo tal que
arg(z−z2z−z1)=4π.
Determine o módulo do número complexo
z−7−9i.
Vamos interpretar geometricamente a condição sobre o argumento.
Considere os pontos do plano complexo associados aos números
z1=10+6i
e
z2=4+6i.
O número
z−z2z−z1
é o quociente entre os vetores
z−z1
e
z−z2.
Assim, seu argumento representa o ângulo orientado entre esses dois vetores.
A condição
arg(z−z2z−z1)=4π
significa que o ângulo formado pelos segmentos que ligam o ponto correspondente a z aos pontos z1 e z2 é
4π=45∘.
Portanto, o ponto z pertence ao arco capaz de 45∘ sobre o segmento que liga z1 a z2.
Agora,
∣z1−z2∣=∣(10+6i)−(4+6i)∣.
Logo,
∣z1−z2∣=∣6∣=6.
Seja O o centro da circunferência que contém esse arco.
Como o ângulo inscrito é 45∘, o ângulo central correspondente ao mesmo arco é
2⋅45∘=90∘.
Assim, o triângulo formado pelo centro O e pelos pontos z1 e z2 é um triângulo retângulo isósceles.
Como
∣z1−z2∣=6,
a distância do centro à extremidade do segmento é metade da diagonal do triângulo retângulo isósceles:
R=26.
Racionalizando:
R=262=32.
Além disso, o ponto médio do segmento z1z2 é
M=(210+4,26+6)=(7,6).
Como o arco correspondente está acima do segmento z1z2, o centro da circunferência está em
O=(7,9).
No plano complexo, esse ponto corresponde ao número
7+9i.
Portanto, o número complexo pedido,
z−7−9i,
pode ser escrito como
z−(7+9i).
Geometricamente, ele representa o vetor que vai do centro O até o ponto z.
Consequentemente, seu módulo é exatamente o raio da circunferência: