## 問題の解答

代数学複素数極形式複素数の乗算複素数の除算偏角
2025/5/17
## 問題の解答
###

1. 問題の内容

与えられた複素数 α\alphaβ\beta に対して、αβ\alpha\beta および αβ\frac{\alpha}{\beta} を極形式で表す。ただし、偏角 θ\theta の範囲は 0θ<2π0 \leq \theta < 2\pi とする。
(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=4+4i\alpha = -4 + 4i, β=1+3i\beta = -1 + \sqrt{3}i
(3) α=6+2i\alpha = -\sqrt{6} + \sqrt{2}i, β=1+i\beta = 1 + i
###

2. 解き方の手順

(1)
α\alphaβ\beta はすでに極形式で与えられているため、次の公式を利用する。
z1=r1(cosθ1+isinθ1),z2=r2(cosθ2+isinθ2)z_1 = r_1(\cos \theta_1 + i \sin \theta_1), z_2 = r_2(\cos \theta_2 + i \sin \theta_2) のとき、
z1z2=r1r2(cos(θ1+θ2)+isin(θ1+θ2))z_1z_2 = r_1r_2(\cos (\theta_1 + \theta_2) + i \sin (\theta_1 + \theta_2))
z1z2=r1r2(cos(θ1θ2)+isin(θ1θ2))\frac{z_1}{z_2} = \frac{r_1}{r_2}(\cos (\theta_1 - \theta_2) + i \sin (\theta_1 - \theta_2))
αβ=11(cos(712π+512π)+isin(712π+512π))=cosπ+isinπ\alpha\beta = 1 \cdot 1 (\cos(\frac{7}{12}\pi + \frac{5}{12}\pi) + i\sin(\frac{7}{12}\pi + \frac{5}{12}\pi)) = \cos \pi + i \sin \pi
αβ=11(cos(712π512π)+isin(712π512π))=cos16π+isin16π\frac{\alpha}{\beta} = \frac{1}{1}(\cos (\frac{7}{12}\pi - \frac{5}{12}\pi) + i \sin (\frac{7}{12}\pi - \frac{5}{12}\pi)) = \cos \frac{1}{6}\pi + i \sin \frac{1}{6}\pi
(2)
α=4+4i\alpha = -4 + 4i の絶対値は α=(4)2+42=32=42|\alpha| = \sqrt{(-4)^2 + 4^2} = \sqrt{32} = 4\sqrt{2}
α\alpha の偏角を θα\theta_\alpha とすると、cosθα=442=12\cos \theta_\alpha = \frac{-4}{4\sqrt{2}} = -\frac{1}{\sqrt{2}}, sinθα=442=12\sin \theta_\alpha = \frac{4}{4\sqrt{2}} = \frac{1}{\sqrt{2}}. よって、θα=34π\theta_\alpha = \frac{3}{4}\pi
α=42(cos34π+isin34π)\alpha = 4\sqrt{2} (\cos \frac{3}{4}\pi + i \sin \frac{3}{4}\pi)
β=1+3i\beta = -1 + \sqrt{3}i の絶対値は β=(1)2+(3)2=4=2|\beta| = \sqrt{(-1)^2 + (\sqrt{3})^2} = \sqrt{4} = 2
β\beta の偏角を θβ\theta_\beta とすると、cosθβ=12\cos \theta_\beta = \frac{-1}{2}, sinθβ=32\sin \theta_\beta = \frac{\sqrt{3}}{2}. よって、θβ=23π\theta_\beta = \frac{2}{3}\pi
β=2(cos23π+isin23π)\beta = 2 (\cos \frac{2}{3}\pi + i \sin \frac{2}{3}\pi)
αβ=(42)2(cos(34π+23π)+isin(34π+23π))=82(cos1712π+isin1712π)\alpha\beta = (4\sqrt{2}) \cdot 2 (\cos(\frac{3}{4}\pi + \frac{2}{3}\pi) + i\sin(\frac{3}{4}\pi + \frac{2}{3}\pi)) = 8\sqrt{2}(\cos \frac{17}{12}\pi + i \sin \frac{17}{12}\pi)
αβ=422(cos(34π23π)+isin(34π23π))=22(cos112π+isin112π)\frac{\alpha}{\beta} = \frac{4\sqrt{2}}{2}(\cos (\frac{3}{4}\pi - \frac{2}{3}\pi) + i \sin (\frac{3}{4}\pi - \frac{2}{3}\pi)) = 2\sqrt{2}(\cos \frac{1}{12}\pi + i \sin \frac{1}{12}\pi)
(3)
α=6+2i\alpha = -\sqrt{6} + \sqrt{2}i の絶対値は α=(6)2+(2)2=6+2=8=22|\alpha| = \sqrt{(-\sqrt{6})^2 + (\sqrt{2})^2} = \sqrt{6 + 2} = \sqrt{8} = 2\sqrt{2}
α\alpha の偏角を θα\theta_\alpha とすると、cosθα=622=32\cos \theta_\alpha = \frac{-\sqrt{6}}{2\sqrt{2}} = -\frac{\sqrt{3}}{2}, sinθα=222=12\sin \theta_\alpha = \frac{\sqrt{2}}{2\sqrt{2}} = \frac{1}{2}. よって、θα=56π\theta_\alpha = \frac{5}{6}\pi
α=22(cos56π+isin56π)\alpha = 2\sqrt{2} (\cos \frac{5}{6}\pi + i \sin \frac{5}{6}\pi)
β=1+i\beta = 1 + i の絶対値は β=12+12=2|\beta| = \sqrt{1^2 + 1^2} = \sqrt{2}
β\beta の偏角を θβ\theta_\beta とすると、cosθβ=12\cos \theta_\beta = \frac{1}{\sqrt{2}}, sinθβ=12\sin \theta_\beta = \frac{1}{\sqrt{2}}. よって、θβ=14π\theta_\beta = \frac{1}{4}\pi
β=2(cos14π+isin14π)\beta = \sqrt{2} (\cos \frac{1}{4}\pi + i \sin \frac{1}{4}\pi)
αβ=(22)2(cos(56π+14π)+isin(56π+14π))=4(cos1312π+isin1312π)\alpha\beta = (2\sqrt{2}) \cdot \sqrt{2} (\cos(\frac{5}{6}\pi + \frac{1}{4}\pi) + i\sin(\frac{5}{6}\pi + \frac{1}{4}\pi)) = 4(\cos \frac{13}{12}\pi + i \sin \frac{13}{12}\pi)
αβ=222(cos(56π14π)+isin(56π14π))=2(cos712π+isin712π)\frac{\alpha}{\beta} = \frac{2\sqrt{2}}{\sqrt{2}}(\cos (\frac{5}{6}\pi - \frac{1}{4}\pi) + i \sin (\frac{5}{6}\pi - \frac{1}{4}\pi)) = 2(\cos \frac{7}{12}\pi + i \sin \frac{7}{12}\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=82(cos1712π+isin1712π)\alpha\beta = 8\sqrt{2} (\cos \frac{17}{12}\pi + i \sin \frac{17}{12}\pi)
αβ=22(cos112π+isin112π)\frac{\alpha}{\beta} = 2\sqrt{2} (\cos \frac{1}{12}\pi + i \sin \frac{1}{12}\pi)
(3)
αβ=4(cos1312π+isin1312π)\alpha\beta = 4(\cos \frac{13}{12}\pi + i \sin \frac{13}{12}\pi)
αβ=2(cos712π+isin712π)\frac{\alpha}{\beta} = 2(\cos \frac{7}{12}\pi + i \sin \frac{7}{12}\pi)

「代数学」の関連問題

関数 $y = f(x) = -2x^2 + (2a+5)x - a$ の区間 $-4 \le x \le 1$ における最大値と最小値を、$a$ の値によって場合分けして求める問題です。

二次関数最大値最小値場合分け平方完成
2025/5/17

カレンダーの中で十字形に囲まれた5つの数の和が、中央の数の5倍になることを文字を使って説明する問題です。

代数文字式証明カレンダー
2025/5/17

一の位の数が0でない2桁の自然数をAとします。Aの十の位の数と一の位の数を入れ替えてできる自然数をBとします。このとき、A - Bが9の倍数になることを文字を使って説明してください。

整数の性質2桁の自然数文字式倍数代数
2025/5/17

与えられた式を簡略化します。与えられた式は $n + (n+1) + (n+2) + (n+3) + (n+4)$ です。

式の簡略化一次式代数
2025/5/17

与えられた整式 $3x^2 - 4x^2y^3 + xy^2 + y^3 + 6$ は何次式であるか、そして定数項は何かを求めます。

多項式次数定数項
2025/5/17

単項式 $-3xy^2z^4$ について、係数と次数を求めよ。

単項式係数次数
2025/5/17

二次方程式 $x^2 - 5x - 4 = 0$ の解を求める問題です。

二次方程式解の公式根号
2025/5/17

与えられた方程式 $(3x - 2)^2 = 4$ の解を求める問題です。

二次方程式方程式解の公式
2025/5/17

$2^{100} - 2^{99}$ の値を求める問題です。選択肢の中から正しいものを選びます。

指数式の計算因数分解
2025/5/17

与えられた二次関数 $y = -2x^2 + 8x - 7$ を、$x$軸方向に3、$y$軸方向に-2だけ平行移動した後の式を求める問題です。

二次関数平行移動数式展開
2025/5/17