2018年 第九届蓝桥杯 Java B组 复数幂

博客围绕复数幂展开,提出求(2+3i)的123456次幂的精确表示问题,要求写成“实部±虚部i”形式且实部和虚部为整数。因数据量大,答案需用Java大数类,结果输出到文件。

3.复数幂

设i为虚数单位。对于任意正整数n,(2+3i)^n 的实部和虚部都是整数。
求 (2+3i)^123456 等于多少? 即(2+3i)的123456次幂,这个数字很大,要求精确表示。
答案写成 "实部±虚部i" 的形式,实部和虚部都是整数(不能用科学计数法表示),中间任何地方都不加空格,实部为正时前面不加正号。(2+3i)^2 写成: -5+12i,
(2+3i)^5 的写成: 122-597i
注意:需要提交的是一个很庞大的复数,不要填写任何多余内容。

【答案】:由于此题目的数据量极大用到java中的大数类,输出结果在控制器上无法显示完整,要输出到文件中。

import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.math.BigInteger;

public class Main {
	public static void main(String args[]) throws IOException {
		BigInteger a = new BigInteger("2");
		BigInteger b = new BigInteger("3");
		BigInteger c = new BigInteger("1");
		BigInteger d = new BigInteger("0");
		BigInteger e;
		FileWriter f = new FileWriter("x.txt");
		for (int i = 0; i < 123456; i++) {
			e = c;
			c = a.multiply(c).subtract(b.multiply(d));// c=a*c-b*d
			d = a.multiply(d).add(b.multiply(e));// d=a*d-b*e
		}
		f.write(c + "+" + d + "i");
		f.close();
	}

}
### 关于第九届蓝桥杯复数题目及解答 #### 题目描述 设 \( i \) 为虚数单位。对于任意正整数 \( n \),\( (2+3i)^n \) 的实部和虚部都是整数。求 \( (2+3i)^{123456} \) 等于多少?即 \( (2+3i) \) 的 123456 次,这个数字很大,要求精确表示。 答案需写成“实部±虚部i”的形式,其中实部和虚部均为整数(不可用科学计数法表示)。中间任何地方均不得加空格,且当实部为正值时其前无需加正号。例如,\( (2+3i)^2 \) 表示为 `-5+12i`,而 \( (2+3i)^5 \) 则应写作 `122-597i`[^3]。 --- #### 解决思路与方法 由于计算涉及大数运算,普通的浮点型数据无法满足精度需求,因此需要借助 Java 中的大数类 `BigInteger` 和 `BigDecimal` 来处理高精度数值。以下是具体解决过程: 1. **定义复数结构** 使用两个变量分别存储复数的实部和虚部,并通过迭代方式逐步更新它们的值。 2. **利用模运算优化性能** 考虑到指数较大 (\( 123456 \)),直接暴力乘方可能导致效率低下甚至内存溢出。可以采用快速算法来加速计算。 3. **文件输出结果** 因最终结果非常庞大,建议将结果保存至外部文件而非打印在控制台上,以免因字符长度过长引发异常[^4]。 --- #### 实现代码 以下是一个完整的解决方案实现: ```java import java.io.*; import java.math.*; public class ComplexPower { public static void main(String[] args) throws IOException { BigInteger real = new BigInteger("2"); // 初始化实部 BigInteger imag = new BigInteger("3"); // 初始化虚部 BigInteger tempReal, tempImag; for(int i=1;i<123456;i++) { // 进行循环累乘直到达到指定次数 tempReal = real.multiply(new BigInteger("2")).subtract(imag.multiply(new BigInteger("3"))); tempImag = real.multiply(new BigInteger("3")).add(imag.multiply(new BigInteger("2"))); real = tempReal; // 更新当前状态下的新实部 imag = tempImag; // 同样也更新新的虚部 } String resultStr = ""; if(real.signum() >=0){ resultStr += ""+(real.toString()); }else{ resultStr += "-"+(-real).toString(); } if(!imag.equals(BigInteger.ZERO)){ if(imag.compareTo(BigInteger.ZERO)>0){ resultStr += "+" + imag.toString()+"i"; }else{ resultStr += "-" + (-imag).toString()+"i"; } } try(PrintStream out = new PrintStream(new FileOutputStream("result.txt"))){ // 输出到文件中去 out.print(resultStr); } } } ``` 上述程序实现了对给定复数进行多次自乘的操作逻辑,并妥善考虑到了符号拼接以及超大数据量情况下的管理措施。 --- #### 结果说明 运行以上代码后,在项目根路径下生成名为 `result.txt` 文件,打开该文档即可查看完整的结果字符串。注意此串可能长达数十万位字符,请耐心等待全部加载完成后再做进一步分析验证工作。 ---
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