一つ目の問題は、三角関数の合成に関するもので、$\sin(\theta - \frac{\pi}{3}) - \sin(\theta)$ を一つのsin関数に合成することです。 二つ目の問題は、複素数の計算に関するもので、 $(\frac{1 - j\sqrt{3}}{2 - j2})^6$を極表示を利用して計算し、結果を極表示で表すことです。

解析学三角関数三角関数の合成複素数極形式複素数平面
2025/7/18

1. 問題の内容

一つ目の問題は、三角関数の合成に関するもので、sin(θπ3)sin(θ)\sin(\theta - \frac{\pi}{3}) - \sin(\theta) を一つのsin関数に合成することです。
二つ目の問題は、複素数の計算に関するもので、 (1j32j2)6(\frac{1 - j\sqrt{3}}{2 - j2})^6を極表示を利用して計算し、結果を極表示で表すことです。

2. 解き方の手順

**一つ目の問題:三角関数の合成**
sin(θπ3)sin(θ)\sin(\theta - \frac{\pi}{3}) - \sin(\theta) を計算します。
三角関数の加法定理を利用します。
sin(θπ3)=sinθcosπ3cosθsinπ3\sin(\theta - \frac{\pi}{3}) = \sin\theta \cos\frac{\pi}{3} - \cos\theta \sin\frac{\pi}{3}
sin(θπ3)=sinθ12cosθ32\sin(\theta - \frac{\pi}{3}) = \sin\theta \cdot \frac{1}{2} - \cos\theta \cdot \frac{\sqrt{3}}{2}
したがって、
sin(θπ3)sinθ=12sinθ32cosθsinθ=12sinθ32cosθ\sin(\theta - \frac{\pi}{3}) - \sin\theta = \frac{1}{2}\sin\theta - \frac{\sqrt{3}}{2}\cos\theta - \sin\theta = -\frac{1}{2}\sin\theta - \frac{\sqrt{3}}{2}\cos\theta
ここで、三角関数の合成を行います。Rsin(θ+α)=Rsinθcosα+RcosθsinαR\sin(\theta + \alpha) = R\sin\theta\cos\alpha + R\cos\theta\sin\alpha
Rcosα=12R\cos\alpha = -\frac{1}{2}, Rsinα=32R\sin\alpha = -\frac{\sqrt{3}}{2}
R2=(12)2+(32)2=14+34=1R^2 = (-\frac{1}{2})^2 + (-\frac{\sqrt{3}}{2})^2 = \frac{1}{4} + \frac{3}{4} = 1
R=1R = 1
cosα=12\cos\alpha = -\frac{1}{2}, sinα=32\sin\alpha = -\frac{\sqrt{3}}{2} より、α=4π3\alpha = \frac{4\pi}{3}
よって、sin(θπ3)sin(θ)=sin(θ+4π3)\sin(\theta - \frac{\pi}{3}) - \sin(\theta) = \sin(\theta + \frac{4\pi}{3})
**二つ目の問題:複素数の計算**
まず、分子と分母をそれぞれ極形式に変換します。
1j3=r1ejθ11 - j\sqrt{3} = r_1 e^{j\theta_1}
r1=12+(3)2=1+3=2r_1 = \sqrt{1^2 + (-\sqrt{3})^2} = \sqrt{1 + 3} = 2
θ1=arctan(31)=π3\theta_1 = \arctan(\frac{-\sqrt{3}}{1}) = -\frac{\pi}{3}
1j3=2ejπ31 - j\sqrt{3} = 2e^{-j\frac{\pi}{3}}
2j2=r2ejθ22 - j2 = r_2 e^{j\theta_2}
r2=22+(2)2=4+4=8=22r_2 = \sqrt{2^2 + (-2)^2} = \sqrt{4 + 4} = \sqrt{8} = 2\sqrt{2}
θ2=arctan(22)=arctan(1)=π4\theta_2 = \arctan(\frac{-2}{2}) = \arctan(-1) = -\frac{\pi}{4}
2j2=22ejπ42 - j2 = 2\sqrt{2}e^{-j\frac{\pi}{4}}
1j32j2=2ejπ322ejπ4=12ejπ3+jπ4=12ejπ12\frac{1 - j\sqrt{3}}{2 - j2} = \frac{2e^{-j\frac{\pi}{3}}}{2\sqrt{2}e^{-j\frac{\pi}{4}}} = \frac{1}{\sqrt{2}} e^{-j\frac{\pi}{3} + j\frac{\pi}{4}} = \frac{1}{\sqrt{2}} e^{-j\frac{\pi}{12}}
(1j32j2)6=(12ejπ12)6=(12)6ejπ126=(1212)6ejπ2=123ejπ2=18ejπ2(\frac{1 - j\sqrt{3}}{2 - j2})^6 = (\frac{1}{\sqrt{2}} e^{-j\frac{\pi}{12}})^6 = (\frac{1}{\sqrt{2}})^6 e^{-j\frac{\pi}{12} \cdot 6} = (\frac{1}{2^{\frac{1}{2}}})^6 e^{-j\frac{\pi}{2}} = \frac{1}{2^3} e^{-j\frac{\pi}{2}} = \frac{1}{8} e^{-j\frac{\pi}{2}}

3. 最終的な答え

一つ目の問題: sin(θ+4π3)\sin(\theta + \frac{4\pi}{3})
二つ目の問題: 18ejπ2\frac{1}{8} e^{-j\frac{\pi}{2}}

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