複素数 $\alpha$ と $\beta$ が与えられたとき、$\alpha\beta$ と $\frac{\alpha}{\beta}$ をそれぞれ極形式で表す問題です。偏角の範囲は $0 \le \theta < 2\pi$ とします。 (1) $\alpha = \cos\frac{7}{12}\pi + i\sin\frac{7}{12}\pi$, $\beta = \cos\frac{5}{12}\pi + i\sin\frac{5}{12}\pi$ (2) $\alpha = 2(\cos\frac{2}{3}\pi + i\sin\frac{2}{3}\pi)$, $\beta = 4(\cos\frac{1}{6}\pi + i\sin\frac{1}{6}\pi)$

代数学複素数極形式複素数の積複素数の商三角関数
2025/5/6

1. 問題の内容

複素数 α\alphaβ\beta が与えられたとき、αβ\alpha\betaαβ\frac{\alpha}{\beta} をそれぞれ極形式で表す問題です。偏角の範囲は 0θ<2π0 \le \theta < 2\pi とします。
(1) α=cos712π+isin712π\alpha = \cos\frac{7}{12}\pi + i\sin\frac{7}{12}\pi, β=cos512π+isin512π\beta = \cos\frac{5}{12}\pi + i\sin\frac{5}{12}\pi
(2) α=2(cos23π+isin23π)\alpha = 2(\cos\frac{2}{3}\pi + i\sin\frac{2}{3}\pi), β=4(cos16π+isin16π)\beta = 4(\cos\frac{1}{6}\pi + i\sin\frac{1}{6}\pi)

2. 解き方の手順

複素数の積と商の極形式に関する公式を利用します。
α=r1(cosθ1+isinθ1)\alpha = r_1(\cos\theta_1 + i\sin\theta_1), β=r2(cosθ2+isinθ2)\beta = r_2(\cos\theta_2 + i\sin\theta_2) のとき、
αβ=r1r2(cos(θ1+θ2)+isin(θ1+θ2))\alpha\beta = r_1r_2(\cos(\theta_1+\theta_2) + i\sin(\theta_1+\theta_2)),
αβ=r1r2(cos(θ1θ2)+isin(θ1θ2))\frac{\alpha}{\beta} = \frac{r_1}{r_2}(\cos(\theta_1-\theta_2) + i\sin(\theta_1-\theta_2))
です。ただし、偏角が 0θ<2π0 \le \theta < 2\pi の範囲に入るように調整する必要があります。
(1)
αβ=(cos712π+isin712π)(cos512π+isin512π)\alpha\beta = (\cos\frac{7}{12}\pi + i\sin\frac{7}{12}\pi)(\cos\frac{5}{12}\pi + i\sin\frac{5}{12}\pi)
=cos(712π+512π)+isin(712π+512π)= \cos(\frac{7}{12}\pi + \frac{5}{12}\pi) + i\sin(\frac{7}{12}\pi + \frac{5}{12}\pi)
=cos(1212π)+isin(1212π)= \cos(\frac{12}{12}\pi) + i\sin(\frac{12}{12}\pi)
=cosπ+isinπ= \cos\pi + i\sin\pi
αβ=cos712π+isin712πcos512π+isin512π\frac{\alpha}{\beta} = \frac{\cos\frac{7}{12}\pi + i\sin\frac{7}{12}\pi}{\cos\frac{5}{12}\pi + i\sin\frac{5}{12}\pi}
=cos(712π512π)+isin(712π512π)= \cos(\frac{7}{12}\pi - \frac{5}{12}\pi) + i\sin(\frac{7}{12}\pi - \frac{5}{12}\pi)
=cos(212π)+isin(212π)= \cos(\frac{2}{12}\pi) + i\sin(\frac{2}{12}\pi)
=cos(16π)+isin(16π)= \cos(\frac{1}{6}\pi) + i\sin(\frac{1}{6}\pi)
(2)
αβ=2(cos23π+isin23π)4(cos16π+isin16π)\alpha\beta = 2(\cos\frac{2}{3}\pi + i\sin\frac{2}{3}\pi) \cdot 4(\cos\frac{1}{6}\pi + i\sin\frac{1}{6}\pi)
=24(cos(23π+16π)+isin(23π+16π))= 2\cdot4 (\cos(\frac{2}{3}\pi + \frac{1}{6}\pi) + i\sin(\frac{2}{3}\pi + \frac{1}{6}\pi))
=8(cos(46π+16π)+isin(46π+16π))= 8 (\cos(\frac{4}{6}\pi + \frac{1}{6}\pi) + i\sin(\frac{4}{6}\pi + \frac{1}{6}\pi))
=8(cos(56π)+isin(56π))= 8 (\cos(\frac{5}{6}\pi) + i\sin(\frac{5}{6}\pi))
αβ=2(cos23π+isin23π)4(cos16π+isin16π)\frac{\alpha}{\beta} = \frac{2(\cos\frac{2}{3}\pi + i\sin\frac{2}{3}\pi)}{4(\cos\frac{1}{6}\pi + i\sin\frac{1}{6}\pi)}
=24(cos(23π16π)+isin(23π16π))= \frac{2}{4} (\cos(\frac{2}{3}\pi - \frac{1}{6}\pi) + i\sin(\frac{2}{3}\pi - \frac{1}{6}\pi))
=12(cos(46π16π)+isin(46π16π))= \frac{1}{2} (\cos(\frac{4}{6}\pi - \frac{1}{6}\pi) + i\sin(\frac{4}{6}\pi - \frac{1}{6}\pi))
=12(cos(36π)+isin(36π))= \frac{1}{2} (\cos(\frac{3}{6}\pi) + i\sin(\frac{3}{6}\pi))
=12(cos(12π)+isin(12π))= \frac{1}{2} (\cos(\frac{1}{2}\pi) + i\sin(\frac{1}{2}\pi))

3. 最終的な答え

(1)
αβ=cosπ+isinπ\alpha\beta = \cos\pi + i\sin\pi
αβ=cosπ6+isinπ6\frac{\alpha}{\beta} = \cos\frac{\pi}{6} + i\sin\frac{\pi}{6}
(2)
αβ=8(cos56π+isin56π)\alpha\beta = 8(\cos\frac{5}{6}\pi + i\sin\frac{5}{6}\pi)
αβ=12(cosπ2+isinπ2)\frac{\alpha}{\beta} = \frac{1}{2}(\cos\frac{\pi}{2} + i\sin\frac{\pi}{2})

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