📌 Resumo teórico
Equações em \(\mathbb{C}\) na forma algébrica
| Tipo de equação | Estratégia |
|---|---|
| só aparece \(z\) (1.º grau) | agrupar os termos em \(z\), pôr \(z\) em evidência e dividir: \(z\,(a+bi)=c+di\iff z=\dfrac{c+di}{a+bi}\) |
| aparecem \(z\) e \(\overline{z}\) | substituir \(z=x+yi\) e \(\overline{z}=x-yi\), com \(x,y\in\mathbb{R}\), e igualar as partes reais e as partes imaginárias (sistema em \(x\) e \(y\)) |
| aparece \(|z|\) ou um parâmetro real | usar \(|z|^{2}=x^{2}+y^{2}\) e as propriedades \(|zw|=|z||w|\), \(\left|\dfrac{z}{w}\right|=\dfrac{|z|}{|w|}\) |
Numa equação com frações, é preciso garantir que os denominadores não se anulam nas soluções encontradas.
Interpretação geométrica das operações
Seja \(P\) o afixo de \(z\).
| Operação | Transformação de \(P\) |
|---|---|
| \(z+w\), com \(w=a+bi\) | translação de vetor \((a,\,b)\); o afixo de \(z_1+z_2\) é o 4.º vértice do paralelogramo construído sobre \(O\), \(Z_1\) e \(Z_2\) (regra do paralelogramo) |
| \(kz\), com \(k\in\mathbb{R}^{+}\) | homotetia de centro \(O\) e razão \(k\) |
| \(iz\) | rotação de centro \(O\) e amplitude \(\dfrac{\pi}{2}\) |
| \(-iz\) | rotação de centro \(O\) e amplitude \(-\dfrac{\pi}{2}\) |
| \(-z\) | meia-volta (reflexão central de centro \(O\)) |
| \(\overline{z}\) / \(-\overline{z}\) | reflexão de eixo real / reflexão de eixo imaginário |
| \(i(z-a)+a\) | rotação de centro no afixo de \(a\) e amplitude \(\dfrac{\pi}{2}\) |
Para \(z=x+yi\): \(iz=-y+xi\), ou seja, \((x,\,y)\mapsto(-y,\,x)\) — a regra da rotação de \(90^{\circ}\) do 3.º ciclo.
Perpendicularidade: se \(u=u_1+u_2i\) e \(v=v_1+v_2i\) representam vetores não nulos, \(\Re\left(u\,\overline{v}\right)=u_1v_1+u_2v_2\) é o produto escalar. Logo os vetores são perpendiculares se e só se \(u\,\overline{v}\) (ou \(\dfrac{u}{v}\)) é imaginário puro.
Nota (Aprendizagens Essenciais, janeiro de 2023): as AE sugerem a construção geométrica dos pontos correspondentes à soma e ao produto de dois números complexos, utilizando ferramentas tecnológicas (por exemplo, o GeoGebra, onde se escreve z1=2+3i e o programa marca o afixo).
1. Números reais num produto de complexos
- 1.1. Determine os números reais \(a\) e \(b\) tais que \((a-4i)\times(2-3i)=10+bi\).
- 1.2. Determine os valores reais de \(p\) e \(q\) de modo que \((p+3i)(4+qi)=15+9i\).
Da 2.ª equação, \(q\ne 0\) e \(p=-\dfrac{3}{q}\). Substituindo na 1.ª:
Se \(q=-1\), \(p=3\); se \(q=-4\), \(p=\dfrac{3}{4}\).
Verificação: \((3+3i)(4-i)=12-3i+12i+3=15+9i\) e \(\left(\tfrac{3}{4}+3i\right)(4-4i)=3-3i+12i+12=15+9i\). \(\checkmark\)
2. Equações em \(z\)
Resolva, em \(\mathbb{C}\), as equações seguintes. Apresente as soluções na forma algébrica.
- 2.1. \((3-i)z=2+3i\)
- 2.2. \(iz=1-i\)
- 2.3. \(zi=-\dfrac{2}{3-i}\)
- 2.4. \(\dfrac{2z+1}{i+1}=2z-i\)
- 2.5. \(i^{38}+z=\dfrac{1}{1+i}-zi\)
- 2.6. \((1+i)^{-3}=zi+z\)
- 2.7. \((2-i)z=\dfrac{-z+3}{i^{12n+3}}\), \(n\in\mathbb{N}\)
- 2.8. \(z-2iz=\dfrac{2-z}{3i+1}\)
- 2.9. \(\dfrac{z+2i}{1-z}=-i+1\)
- 2.10. \((1+2i)^{3}=zi+2z\)
\(i^{38}=i^{2}=-1\) e \(\dfrac{1}{1+i}=\dfrac{1-i}{2}\).
\(i^{12n+3}=\left(i^{4}\right)^{3n}i^{3}=-i\), e dividir por \(-i\) é multiplicar por \(i\):
\(1-i\ne 1\), por isso é solução.
2.10.3. Equações com o conjugado
Resolva, em \(\mathbb{C}\), as equações seguintes. Apresente as soluções na forma algébrica.
- 3.1. \(i-3z=\overline{z}\)
- 3.2. \(z+i\,\overline{z}=1-4i\)
- 3.3. \((1-2i)z-i\,\overline{z}=2\)
- 3.4. \(\dfrac{2z+3i\left(\overline{z}+2\right)}{1+i}=13+4i\)
Em todas se faz \(z=x+yi\) e \(\overline{z}=x-yi\), com \(x,y\in\mathbb{R}\).
3.1.O sistema é impossível.
4. Um expoente natural desconhecido
Determine o número natural \(n\) tal que \((2i)^{n}+(1+i)^{2n}=64i\).
\(i^{n}\) é \(1\), \(i\), \(-1\) ou \(-i\). Para o produto ser \(32i\) é preciso \(2^{n}=32\) e \(i^{n}=i\). Ora \(2^{n}=32\iff n=5\), e de facto \(i^{5}=i\).
5. Módulos com o inverso e o conjugado
Seja \(a\) um número real e \(z=a+i\). Determine os valores de \(a\) de modo que:
- 5.1. \(\left|\dfrac{1}{z}-\dfrac{1}{\overline{z}}\right|=\dfrac{1}{2}\)
- 5.2. \(\left|\dfrac{1}{z}+\dfrac{1}{\overline{z}}\right|=\dfrac{1}{2}\)
Reduzindo ao mesmo denominador, \(z\,\overline{z}=|z|^{2}=a^{2}+1\).
5.1.Os dois valores \(2+\sqrt{3}\) e \(2-\sqrt{3}\) são positivos, logo servem como \(|a|\).
6. Parâmetro real e \(|z|=1\)
Seja \(k\) um número real e \(z=\dfrac{k-i}{1+2i}\). Determine os valores de \(k\) de modo que \(|z|=1\).
De outro modo: \(z=\dfrac{(k-i)(1-2i)}{5}=\dfrac{k-2}{5}-\dfrac{2k+1}{5}i\) e \(|z|^{2}=\dfrac{(k-2)^{2}+(2k+1)^{2}}{25}=\dfrac{5k^{2}+5}{25}\), que é \(1\) para \(k^{2}=4\).
7. Um parâmetro a partir da parte imaginária
Considere os números complexos \(z\) e \(w\) tais que
Sabendo que \(\Im(w)=8\), determine o valor real de \(k\).
8. Um afixo na mediatriz de \([OA]\)
Sejam \(z\) e \(w\) dois números complexos não nulos, de afixos \(A\) e \(B\), respetivamente, e seja \(O\) a origem do referencial.
Supondo que \(B\) pertence à mediatriz do segmento de reta \([OA]\), prove que \(|z|^{2}=2\Re\left(z\,\overline{w}\right)\).
\(B\) está à mesma distância de \(O\) e de \(A\): \(\overline{BO}=\overline{BA}\), isto é,
\(\overline{z}\,w=\overline{z\,\overline{w}}\), logo \(z\overline{w}+\overline{z}w=u+\overline{u}\) com \(u=z\overline{w}\), que é \(2\Re(u)\):
Atenção ao conjugado: a igualdade \(|z|^{2}=2\Re(zw)\), sem conjugado, não é verdadeira em geral. Por exemplo, \(z=2i\) e \(w=1+i\) (o afixo de \(w\) está na mediatriz \(y=1\)): \(|z|^{2}=4\), mas \(2\Re(zw)=2\Re(-2+2i)=-4\).
9. Os afixos de \(z\), \(z^{2}\) e \(z^{3}\)
Dado um número complexo \(z\), considere os pontos \(M_1\), \(M_2\) e \(M_3\), afixos, respetivamente, dos números complexos \(z\), \(z^{2}\) e \(z^{3}\).
- 9.1. Determine para que valores de \(z\) os pontos \(M_1\), \(M_2\) e \(M_3\) são distintos dois a dois.
- 9.2. Determine para que valores de \(z\) o triângulo \([M_1M_2M_3]\) é retângulo em \(M_2\).
O ângulo em \(M_2\) é reto quando os vetores \(\overrightarrow{M_2M_1}\) e \(\overrightarrow{M_2M_3}\), representados por \(u=z-z^{2}\) e \(v=z^{3}-z^{2}\), são perpendiculares, ou seja, quando \(\dfrac{u}{v}\) é imaginário puro (ver resumo).
\(-\dfrac{1}{z}=-\dfrac{\overline{z}}{|z|^{2}}\) tem a mesma «forma» que \(\overline{z}\): é imaginário puro se e só se \(\overline{z}\) o for, isto é, se e só se \(z\) for imaginário puro.
Exemplo: \(z=i\) dá \(M_1(0,1)\), \(M_2(-1,0)\), \(M_3(0,-1)\), e o ângulo em \(M_2\) é de facto reto.
10. Qual é o afixo de \(z_1+z_2\)?
No plano complexo da figura estão representados seis pontos. Os pontos \(Z_1\) e \(Z_2\) são os afixos de dois números complexos \(z_1\) e \(z_2\), respetivamente.

Um dos pontos \(A\), \(B\), \(C\) e \(D\) é o afixo de \(z_1+z_2\). Qual deles? Justifique a sua resposta.
\(\Im(z_1)\gt 0\) e \(\Im(z_2)\gt 0\), logo \(\Im(z_1+z_2)=\Im(z_1)+\Im(z_2)\gt 0\): o afixo está acima do eixo real e mais acima do que \(Z_1\) e \(Z_2\). Ficam excluídos \(C\) e \(D\).
Passo 2 — a parte real\(\Re(z_1)\gt 0\), \(\Re(z_2)\lt 0\) e, na figura, \(Z_2\) está mais afastado do eixo imaginário do que \(Z_1\): \(|\Re(z_2)|\gt\Re(z_1)\). Logo \(\Re(z_1+z_2)=\Re(z_1)+\Re(z_2)\lt 0\) — o afixo está à esquerda do eixo imaginário.
Regra do paralelogramo: o afixo de \(z_1+z_2\) é o quarto vértice do paralelogramo de lados \([OZ_1]\) e \([OZ_2]\); obtém-se aplicando a \(Z_2\) a translação de vetor \(\overrightarrow{OZ_1}\).
11. Rotações de centro na origem
Seja \(z=-3+2i\). Qual é o número complexo cujo afixo é o transformado do afixo de \(z\) por uma:
- 11.1. rotação de centro na origem do referencial e amplitude \(\dfrac{\pi}{2}\)?
- (A) \(-3+2i\)
- (B) \(-2-3i\)
- (C) \(-2+3i\)
- (D) \(-3+2i+\dfrac{\pi}{2}\)
- 11.2. rotação de centro na origem do referencial e amplitude \(-\dfrac{\pi}{2}\), seguida de uma translação de vetor \(\vec{u}(1,\,-1)\)?
- (A) \(-3-2i\)
- (B) \(3+2i\)
- (C) \(3-2i\)
- (D) \(-3+2i\)
Confirmação: os vetores \((-3,\,2)\) e \((-2,\,-3)\) têm a mesma norma e produto escalar \(6-6=0\).
12. Translação seguida de homotetia
Seja \(M(a,\,b)\) o afixo de um número complexo. Quais são as coordenadas do transformado de \(M\) por uma translação de vetor \(\vec{u}(1,\,0)\) seguida de uma homotetia de centro na origem e razão \(2\)?
- (A) \((2a,\,2b)\)
- (B) \((a+1,\,b+1)\)
- (C) \((2a+1,\,2b+1)\)
- (D) \((2a+2,\,2b)\)
Com \(z=a+bi\): a translação soma \(1\), dando \(z+1=(a+1)+bi\); a homotetia multiplica por \(2\):
Repare que a ordem importa: homotetia seguida de translação daria \(2z+1\), isto é, \((2a+1,\,2b)\), que não é nenhuma das opções.
13. Funções complexas como transformações do plano
Considere as funções \(f\), \(g\) e \(h\), definidas em \(\mathbb{C}\) por:
- 13.1. Para cada uma das funções, caracterize a transformação do plano (translação, reflexão, reflexão deslizante ou outra) que leva o afixo de cada \(z\in\mathbb{C}\) no afixo da respetiva imagem.
- 13.2. Determine a imagem do triângulo de vértices \(A(-1,\,0)\), \(O(0,\,0)\) e \(B(0,\,1)\) por cada uma das transformações indicadas em 13.1.
\(\overline{2-i}=2+i\), logo \(f(z)=z+(2+i)\): é a translação de vetor \((2,\,1)\).
13.1. — \(g\)Para \(z=x+yi\): \(g(z)=(x-3)-yi\), isto é, \((x,\,y)\mapsto(x-3,\,-y)\). É a reflexão de eixo real (\(z\mapsto\overline{z}\)) seguida da translação de vetor \((-3,\,0)\), paralelo ao eixo: uma reflexão deslizante de eixo real e vetor \((-3,\,0)\).
13.1. — \(h\)\(h(z)=-\overline{z}-i=-x+(y-1)i\), isto é, \((x,\,y)\mapsto(-x,\,y-1)\). É a reflexão de eixo imaginário (\(z\mapsto-\overline{z}\)) seguida da translação de vetor \((0,\,-1)\), paralelo ao eixo: uma reflexão deslizante de eixo imaginário e vetor \((0,\,-1)\).
13.2. — imagens dos vértices| \(A(-1,0)\) | \(O(0,0)\) | \(B(0,1)\) | |
|---|---|---|---|
| \(f\) | \((1,\,1)\) | \((2,\,1)\) | \((2,\,2)\) |
| \(g\) | \((-4,\,0)\) | \((-3,\,0)\) | \((-3,\,-1)\) |
| \(h\) | \((1,\,-1)\) | \((0,\,-1)\) | \((0,\,0)\) |
Esboço: o triângulo original é retângulo isósceles, com o ângulo reto em \(O\) e catetos de medida \(1\) sobre os semieixos real negativo e imaginário positivo. Por \(f\) desliza para o 1.º quadrante sem mudar de orientação; por \(g\) fica abaixo do eixo real, com o ângulo reto em \((-3,0)\); por \(h\) fica no 4.º quadrante, com o ângulo reto em \((0,-1)\) e o vértice \(B'\) na origem. As reflexões deslizantes invertem a orientação dos vértices.
14. Composição de uma rotação com translações
Num plano munido de um referencial cartesiano de origem \(O\), considere as seguintes transformações:
- \(f\): rotação de centro \(O\) e amplitude \(-\dfrac{\pi}{2}\);
- \(g\): translação de vetor \(\vec{u}(1,\,2)\);
- \(h\): translação de vetor \(\vec{v}(-2,\,1)\).
Mostre que \(f\circ h=g\circ f\).
As duas expressões coincidem para todo o \(z\in\mathbb{C}\). \(\blacksquare\)
Porquê: rodar e depois transladar por \(\vec{u}\) é o mesmo que transladar primeiro pelo vetor que, rodado de \(-\dfrac{\pi}{2}\), dá \(\vec{u}\). E, de facto, \(-i(-2+i)=1+2i\).
15. Quadrado de centro num ponto dado
No plano complexo, os pontos \(A\) e \(P\) são os afixos dos números complexos \(3+3i\) e \(2-i\), respetivamente. O ponto \(A\) é um vértice de um quadrado com centro no ponto \(P\).
Determine os números complexos cujos afixos são os restantes vértices do quadrado. Escreva-os na forma algébrica.
Os vértices de um quadrado de centro \(P\) obtêm-se de \(A\) por rotações sucessivas de \(\dfrac{\pi}{2}\) com centro em \(P\). O vetor \(\overrightarrow{PA}\) é representado por \(a-p=(3+3i)-(2-i)=1+4i\); rodá-lo de \(\dfrac{\pi}{2}\) é multiplicá-lo por \(i\).
Passo 2 — os três vérticesVerificação de um lado: \(|(3+3i)-(-2)|=|5+3i|=\sqrt{34}\) e \(|(-2)-(1-5i)|=|-3+5i|=\sqrt{34}\). \(\checkmark\)
16. Losango centrado na origem
No plano complexo, um losango com centro na origem do referencial tem perímetro \(4\sqrt{5}\), e um dos seus vértices é o afixo do número complexo \(-2i\).
Determine os números complexos cujas imagens geométricas são os restantes vértices do losango.
As diagonais de um losango bisetam-se no centro. O vértice oposto ao afixo de \(-2i\) é o seu simétrico em relação a \(O\): o afixo de \(2i\).
Passo 2 — os outros dois vérticesAs diagonais de um losango são perpendiculares. Como uma delas está sobre o eixo imaginário, a outra está sobre o eixo real: os restantes vértices são os afixos de \(a\) e de \(-a\), com \(a\gt 0\).
Passo 3 — usar o perímetroO lado mede \(\dfrac{4\sqrt{5}}{4}=\sqrt{5}\):
17. Um trapézio retângulo
Considere os números complexos \(z_1=3\sqrt{2}\,(1+i)\), \(z_2=3\sqrt{2}\,i\) e \(z_3=3\sqrt{2}\,(1-i)\), cujos afixos são, respetivamente, os pontos \(M_1\), \(M_2\) e \(M_3\).
- 17.1. Indique as coordenadas dos pontos \(M_1\), \(M_2\) e \(M_3\) e represente-os no plano complexo.
- 17.2. Mostre que o quadrilátero de vértices \(O\), \(M_1\), \(M_2\) e \(M_3\) é um trapézio retângulo.
Esboço: \(M_2\) está no semieixo imaginário positivo; \(M_1\) está à mesma altura, na bissetriz do 1.º quadrante; \(M_3\) está na vertical de \(M_1\), na bissetriz do 4.º quadrante. Percorrendo o contorno, os vértices surgem pela ordem \(O\), \(M_2\), \(M_1\), \(M_3\).
\(6\sqrt{2}\,i=2\times 3\sqrt{2}\,i\): os vetores são colineares (ambos verticais) e têm comprimentos diferentes, logo \([OM_2]\parallel[M_3M_1]\) e o quadrilátero é um trapézio (e não um paralelogramo).
17.2. — o ângulo reto\(\overrightarrow{M_2M_1}\) é horizontal e \(\overrightarrow{M_2O}\) é vertical, logo o ângulo \(OM_2M_1\) é reto (e o ângulo \(M_2M_1M_3\) também).