$\alpha = 2 + 2i$, $\beta = \sqrt{3} + i$ のとき、$\alpha\beta$ と $\frac{\alpha}{\beta}$ をそれぞれ極形式で表す問題です。

代数学複素数極形式複素数の積複素数の商
2025/5/7

1. 問題の内容

α=2+2i\alpha = 2 + 2i, β=3+i\beta = \sqrt{3} + i のとき、αβ\alpha\betaαβ\frac{\alpha}{\beta} をそれぞれ極形式で表す問題です。

2. 解き方の手順

まず、α\alphaβ\beta を極形式で表します。
α=2+2i\alpha = 2+2i について、
絶対値 α=22+22=8=22|\alpha| = \sqrt{2^2 + 2^2} = \sqrt{8} = 2\sqrt{2}
偏角 arg(α)=arctan(22)=arctan(1)=π4\arg(\alpha) = \arctan(\frac{2}{2}) = \arctan(1) = \frac{\pi}{4}
よって、α=22(cosπ4+isinπ4)\alpha = 2\sqrt{2}(\cos{\frac{\pi}{4}} + i\sin{\frac{\pi}{4}})
β=3+i\beta = \sqrt{3}+i について、
絶対値 β=(3)2+12=3+1=4=2|\beta| = \sqrt{(\sqrt{3})^2 + 1^2} = \sqrt{3+1} = \sqrt{4} = 2
偏角 arg(β)=arctan(13)=π6\arg(\beta) = \arctan(\frac{1}{\sqrt{3}}) = \frac{\pi}{6}
よって、β=2(cosπ6+isinπ6)\beta = 2(\cos{\frac{\pi}{6}} + i\sin{\frac{\pi}{6}})
次に、αβ\alpha\beta を求めます。
αβ=αβ(cos(arg(α)+arg(β))+isin(arg(α)+arg(β)))\alpha\beta = |\alpha||\beta| (\cos{(\arg(\alpha) + \arg(\beta))} + i\sin{(\arg(\alpha) + \arg(\beta))})
αβ=(22)(2)(cos(π4+π6)+isin(π4+π6))\alpha\beta = (2\sqrt{2})(2)(\cos{(\frac{\pi}{4} + \frac{\pi}{6})} + i\sin{(\frac{\pi}{4} + \frac{\pi}{6})})
αβ=42(cos(3π+2π12)+isin(3π+2π12))\alpha\beta = 4\sqrt{2}(\cos{(\frac{3\pi + 2\pi}{12})} + i\sin{(\frac{3\pi + 2\pi}{12})})
αβ=42(cos5π12+isin5π12)\alpha\beta = 4\sqrt{2}(\cos{\frac{5\pi}{12}} + i\sin{\frac{5\pi}{12}})
最後に、αβ\frac{\alpha}{\beta} を求めます。
αβ=αβ(cos(arg(α)arg(β))+isin(arg(α)arg(β)))\frac{\alpha}{\beta} = \frac{|\alpha|}{|\beta|} (\cos{(\arg(\alpha) - \arg(\beta))} + i\sin{(\arg(\alpha) - \arg(\beta))})
αβ=222(cos(π4π6)+isin(π4π6))\frac{\alpha}{\beta} = \frac{2\sqrt{2}}{2}(\cos{(\frac{\pi}{4} - \frac{\pi}{6})} + i\sin{(\frac{\pi}{4} - \frac{\pi}{6})})
αβ=2(cos(3π2π12)+isin(3π2π12))\frac{\alpha}{\beta} = \sqrt{2}(\cos{(\frac{3\pi - 2\pi}{12})} + i\sin{(\frac{3\pi - 2\pi}{12})})
αβ=2(cosπ12+isinπ12)\frac{\alpha}{\beta} = \sqrt{2}(\cos{\frac{\pi}{12}} + i\sin{\frac{\pi}{12}})

3. 最終的な答え

αβ=42(cos5π12+isin5π12)\alpha\beta = 4\sqrt{2}(\cos{\frac{5\pi}{12}} + i\sin{\frac{5\pi}{12}})
αβ=2(cosπ12+isinπ12)\frac{\alpha}{\beta} = \sqrt{2}(\cos{\frac{\pi}{12}} + i\sin{\frac{\pi}{12}})

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