与えられた複素数の方程式を解きます。具体的には以下の4つの方程式を解きます。 (1) $z^3 = 27$ (2) $z^6 = -1$ (3) $z^3 = -8i$ (4) $z^4 = -32(1 + \sqrt{3}i)$

代数学複素数複素数の方程式ド・モアブルの定理累乗根
2025/6/27

1. 問題の内容

与えられた複素数の方程式を解きます。具体的には以下の4つの方程式を解きます。
(1) z3=27z^3 = 27
(2) z6=1z^6 = -1
(3) z3=8iz^3 = -8i
(4) z4=32(1+3i)z^4 = -32(1 + \sqrt{3}i)

2. 解き方の手順

(1) z3=27z^3 = 27 の場合:
z3=27=27(cos0+isin0)z^3 = 27 = 27(\cos 0 + i\sin 0)
z=273(cos2πk3+isin2πk3)=3(cos2πk3+isin2πk3)z = \sqrt[3]{27}(\cos \frac{2\pi k}{3} + i\sin \frac{2\pi k}{3}) = 3(\cos \frac{2\pi k}{3} + i\sin \frac{2\pi k}{3}) (k = 0, 1, 2)
k = 0 のとき、 z=3(cos0+isin0)=3z = 3(\cos 0 + i\sin 0) = 3
k = 1 のとき、 z=3(cos2π3+isin2π3)=3(12+i32)=32+i332z = 3(\cos \frac{2\pi}{3} + i\sin \frac{2\pi}{3}) = 3(-\frac{1}{2} + i\frac{\sqrt{3}}{2}) = -\frac{3}{2} + i\frac{3\sqrt{3}}{2}
k = 2 のとき、 z=3(cos4π3+isin4π3)=3(12i32)=32i332z = 3(\cos \frac{4\pi}{3} + i\sin \frac{4\pi}{3}) = 3(-\frac{1}{2} - i\frac{\sqrt{3}}{2}) = -\frac{3}{2} - i\frac{3\sqrt{3}}{2}
(2) z6=1z^6 = -1 の場合:
z6=1=cos(π+2πk)+isin(π+2πk)z^6 = -1 = \cos(\pi + 2\pi k) + i\sin(\pi + 2\pi k)
z=cos(π+2πk6)+isin(π+2πk6)z = \cos(\frac{\pi + 2\pi k}{6}) + i\sin(\frac{\pi + 2\pi k}{6}) (k = 0, 1, 2, 3, 4, 5)
k = 0 のとき、 z=cosπ6+isinπ6=32+12iz = \cos \frac{\pi}{6} + i\sin \frac{\pi}{6} = \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{1}{2}i
k = 1 のとき、 z=cosπ2+isinπ2=iz = \cos \frac{\pi}{2} + i\sin \frac{\pi}{2} = i
k = 2 のとき、 z=cos5π6+isin5π6=32+12iz = \cos \frac{5\pi}{6} + i\sin \frac{5\pi}{6} = -\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{1}{2}i
k = 3 のとき、 z=cos7π6+isin7π6=3212iz = \cos \frac{7\pi}{6} + i\sin \frac{7\pi}{6} = -\frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{1}{2}i
k = 4 のとき、 z=cos3π2+isin3π2=iz = \cos \frac{3\pi}{2} + i\sin \frac{3\pi}{2} = -i
k = 5 のとき、 z=cos11π6+isin11π6=3212iz = \cos \frac{11\pi}{6} + i\sin \frac{11\pi}{6} = \frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{1}{2}i
(3) z3=8iz^3 = -8i の場合:
z3=8i=8(cos3π2+isin3π2)=8(cos(3π2+2πk)+isin(3π2+2πk))z^3 = -8i = 8(\cos \frac{3\pi}{2} + i\sin \frac{3\pi}{2}) = 8(\cos (\frac{3\pi}{2} + 2\pi k) + i\sin (\frac{3\pi}{2} + 2\pi k))
z=2(cos(3π/2+2πk3)+isin(3π/2+2πk3))z = 2(\cos(\frac{3\pi/2 + 2\pi k}{3}) + i\sin(\frac{3\pi/2 + 2\pi k}{3})) (k = 0, 1, 2)
k = 0 のとき、 z=2(cosπ2+isinπ2)=2iz = 2(\cos \frac{\pi}{2} + i\sin \frac{\pi}{2}) = 2i
k = 1 のとき、 z=2(cos7π6+isin7π6)=2(3212i)=3iz = 2(\cos \frac{7\pi}{6} + i\sin \frac{7\pi}{6}) = 2(-\frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{1}{2}i) = -\sqrt{3} - i
k = 2 のとき、 z=2(cos11π6+isin11π6)=2(3212i)=3iz = 2(\cos \frac{11\pi}{6} + i\sin \frac{11\pi}{6}) = 2(\frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{1}{2}i) = \sqrt{3} - i
(4) z4=32(1+3i)z^4 = -32(1 + \sqrt{3}i) の場合:
32(1+3i)=64(1232i)=64(cos4π3+isin4π3)-32(1 + \sqrt{3}i) = 64(-\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{3}}{2}i) = 64(\cos \frac{4\pi}{3} + i\sin \frac{4\pi}{3})
z4=64(cos(4π3+2πk)+isin(4π3+2πk))z^4 = 64(\cos (\frac{4\pi}{3} + 2\pi k) + i\sin (\frac{4\pi}{3} + 2\pi k))
z=22(cos(4π/3+2πk4)+isin(4π/3+2πk4))z = 2\sqrt{2}(\cos(\frac{4\pi/3 + 2\pi k}{4}) + i\sin(\frac{4\pi/3 + 2\pi k}{4})) (k = 0, 1, 2, 3)
z=22(cos(π3+πk2)+isin(π3+πk2))z = 2\sqrt{2}(\cos(\frac{\pi}{3} + \frac{\pi k}{2}) + i\sin(\frac{\pi}{3} + \frac{\pi k}{2}))
k = 0 のとき、 z=22(cosπ3+isinπ3)=22(12+32i)=2+i6z = 2\sqrt{2}(\cos \frac{\pi}{3} + i\sin \frac{\pi}{3}) = 2\sqrt{2}(\frac{1}{2} + \frac{\sqrt{3}}{2}i) = \sqrt{2} + i\sqrt{6}
k = 1 のとき、 z=22(cos5π6+isin5π6)=22(32+12i)=6+i2z = 2\sqrt{2}(\cos \frac{5\pi}{6} + i\sin \frac{5\pi}{6}) = 2\sqrt{2}(-\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{1}{2}i) = -\sqrt{6} + i\sqrt{2}
k = 2 のとき、 z=22(cos4π3+isin4π3)=22(1232i)=2i6z = 2\sqrt{2}(\cos \frac{4\pi}{3} + i\sin \frac{4\pi}{3}) = 2\sqrt{2}(-\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{3}}{2}i) = -\sqrt{2} - i\sqrt{6}
k = 3 のとき、 z=22(cos11π6+isin11π6)=22(3212i)=6i2z = 2\sqrt{2}(\cos \frac{11\pi}{6} + i\sin \frac{11\pi}{6}) = 2\sqrt{2}(\frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{1}{2}i) = \sqrt{6} - i\sqrt{2}

3. 最終的な答え

(1) z=3,32+i332,32i332z = 3, -\frac{3}{2} + i\frac{3\sqrt{3}}{2}, -\frac{3}{2} - i\frac{3\sqrt{3}}{2}
(2) z=32+12i,i,32+12i,3212i,i,3212iz = \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{1}{2}i, i, -\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{1}{2}i, -\frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{1}{2}i, -i, \frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{1}{2}i
(3) z=2i,3i,3iz = 2i, -\sqrt{3} - i, \sqrt{3} - i
(4) z=2+i6,6+i2,2i6,6i2z = \sqrt{2} + i\sqrt{6}, -\sqrt{6} + i\sqrt{2}, -\sqrt{2} - i\sqrt{6}, \sqrt{6} - i\sqrt{2}

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