Prvo rješenje.
Neka je z1=a+bi i z2=c+di (a,b,c,d∈R).
Dani uvjet ∣z1+2z2∣=∣2z1+z2∣ ekvivalentan je s:
∣(a+bi)+2(c+di)∣∣(a+2c)+(b+2d)i∣(a+2c)2+(b+2d)2a2+4ac+4c2+b2+4bd+4d23c2+3d2a2+b2=∣2(a+bi)+(c+di)∣,=∣(2a+c)+(2b+d)i∣,=(2a+c)2+(2b+d)2,=4a2+4ac+c2+4b2−4bd+d2,=3a2+3b2,=c2+d2.
Neka je α∈R. Množenjem gornje jednakosti s 1−α2 dobivamo
(1−α2)a2+(1−α2)b2a2+α2c2+b2+α2d2=(1−α2)c2+(1−α2)d2,=α2a2+c2+α2b2+d2.
Sada na obje strane jednakosti dodamo 2αac+2αbd:
a2+2αac+α2c2+b2+2αbd+α2d2=α2a2+2αac+c2+α2b2+2αbd+d2,(a+αc)2+(b+αd)2=(αa+c)2+(αb+d)2.
Konačno,
∣(a+αc)+(b−αd)i∣∣(a+bi)+α(c+di)∣=∣(αa+c)+(αb+d)i∣,=∣α(a+bi)+(c+di)∣,
odnosno ∣z1+αz2∣=∣αz1+z2∣, što je i trebalo dokazati.
Drugo rješenje.
Za bilo koji realni broj α vrijedi:
∣z1+αz2∣2−∣αz1+z2∣2=(z1+αz2)(z1+αz2)−(αz1+z2)(αz1+z2)=(z1+αz2)(z1+αz2)−(αz1+z2)(αz1+z2)=∣z1∣2+α2∣z2∣2+α(z1z2+z1z2)−α2∣z1∣2−∣z2∣2−α(z1z2+z1z2)=(1−α2)(∣z1∣2−∣z2∣2).
Kako je ∣z1+2z2∣=∣2z1+z2∣, odnosno ∣z1+2z2∣2−∣2z1+z2∣2=0,
i kako je (prema gornjoj formuli)
∣z1+2z2∣2−∣2z1+z2∣2=(1−22)(∣z1∣2−∣z2∣2),
vrijedi ∣z1∣2−∣z2∣2=0.
Zato je (opet prema gornjoj formuli) ∣z1+αz2∣2−∣αz1+z2∣2=0, za sve α∈R
odnosno ∣z1+αz2∣=∣αz1+z2∣.