はい、承知いたしました。問題の複素数 $\alpha, \beta$ について、$\alpha\beta$ と $\frac{\alpha}{\beta}$ をそれぞれ極形式で表します。偏角の範囲は $0 \le \theta < 2\pi$ とします。

代数学複素数極形式複素数の積複素数の商
2025/5/18
はい、承知いたしました。問題の複素数 α,β\alpha, \beta について、αβ\alpha\betaαβ\frac{\alpha}{\beta} をそれぞれ極形式で表します。偏角の範囲は 0θ<2π0 \le \theta < 2\pi とします。
(1) α=cos712π+isin712π,β=cos512π+isin512π\alpha = \cos{\frac{7}{12}\pi} + i\sin{\frac{7}{12}\pi}, \quad \beta = \cos{\frac{5}{12}\pi} + i\sin{\frac{5}{12}\pi}

2. 解き方の手順

複素数 z1=r1(cosθ1+isinθ1)z_1 = r_1(\cos\theta_1 + i\sin\theta_1)z2=r2(cosθ2+isinθ2)z_2 = r_2(\cos\theta_2 + i\sin\theta_2) について、積と商は次のように計算できます。
* z1z2=r1r2(cos(θ1+θ2)+isin(θ1+θ2))z_1 z_2 = r_1 r_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))
(1) の場合:
* 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))=cosπ6+isinπ6\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{\pi}{6}} + i\sin{\frac{\pi}{6}}
(2) α=4+4i,β=1+3i\alpha = -4 + 4i, \quad \beta = -1 + \sqrt{3}i
まずは α\alphaβ\beta を極形式で表します。
* α=4+4i=42(cosθ+isinθ)\alpha = -4 + 4i = 4\sqrt{2}(\cos\theta + i\sin\theta)。ここで、cosθ=12,sinθ=12\cos\theta = -\frac{1}{\sqrt{2}}, \sin\theta = \frac{1}{\sqrt{2}} なので、θ=34π\theta = \frac{3}{4}\pi。したがって、α=42(cos34π+isin34π)\alpha = 4\sqrt{2}(\cos{\frac{3}{4}\pi} + i\sin{\frac{3}{4}\pi})
* β=1+3i=2(cosϕ+isinϕ)\beta = -1 + \sqrt{3}i = 2(\cos\phi + i\sin\phi)。ここで、cosϕ=12,sinϕ=32\cos\phi = -\frac{1}{2}, \sin\phi = \frac{\sqrt{3}}{2} なので、ϕ=23π\phi = \frac{2}{3}\pi。したがって、β=2(cos23π+isin23π)\beta = 2(\cos{\frac{2}{3}\pi} + i\sin{\frac{2}{3}\pi})
* αβ=422(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(cosπ12+isinπ12)\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{\pi}{12}} + i\sin{\frac{\pi}{12}})
(3) α=6+2i,β=1+i\alpha = -\sqrt{6} + \sqrt{2}i, \quad \beta = 1 + i
まずは α\alphaβ\beta を極形式で表します。
* α=6+2i=r(cosθ+isinθ)\alpha = -\sqrt{6} + \sqrt{2}i = r(\cos\theta + i\sin\theta)r=(6)2+(2)2=6+2=8=22r = \sqrt{(-\sqrt{6})^2 + (\sqrt{2})^2} = \sqrt{6 + 2} = \sqrt{8} = 2\sqrt{2}cosθ=622=32,sinθ=222=12\cos\theta = \frac{-\sqrt{6}}{2\sqrt{2}} = -\frac{\sqrt{3}}{2}, \sin\theta = \frac{\sqrt{2}}{2\sqrt{2}} = \frac{1}{2}。したがって、θ=5π6\theta = \frac{5\pi}{6}α=22(cos5π6+isin5π6)\alpha = 2\sqrt{2}(\cos{\frac{5\pi}{6}} + i\sin{\frac{5\pi}{6}})
* β=1+i=2(cosϕ+isinϕ)\beta = 1 + i = \sqrt{2}(\cos\phi + i\sin\phi)cosϕ=12,sinϕ=12\cos\phi = \frac{1}{\sqrt{2}}, \sin\phi = \frac{1}{\sqrt{2}}。したがって、ϕ=π4\phi = \frac{\pi}{4}β=2(cosπ4+isinπ4)\beta = \sqrt{2}(\cos{\frac{\pi}{4}} + i\sin{\frac{\pi}{4}})
* αβ=222(cos(5π6+π4)+isin(5π6+π4))=4(cos13π12+isin13π12)\alpha\beta = 2\sqrt{2} \cdot \sqrt{2} (\cos(\frac{5\pi}{6} + \frac{\pi}{4}) + i\sin(\frac{5\pi}{6} + \frac{\pi}{4})) = 4(\cos{\frac{13\pi}{12}} + i\sin{\frac{13\pi}{12}})
* αβ=222(cos(5π6π4)+isin(5π6π4))=2(cos7π12+isin7π12)\frac{\alpha}{\beta} = \frac{2\sqrt{2}}{\sqrt{2}} (\cos(\frac{5\pi}{6} - \frac{\pi}{4}) + i\sin(\frac{5\pi}{6} - \frac{\pi}{4})) = 2(\cos{\frac{7\pi}{12}} + i\sin{\frac{7\pi}{12}})

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(cos17π12+isin17π12)\alpha\beta = 8\sqrt{2}(\cos{\frac{17\pi}{12}} + i\sin{\frac{17\pi}{12}})
* αβ=22(cosπ12+isinπ12)\frac{\alpha}{\beta} = 2\sqrt{2}(\cos{\frac{\pi}{12}} + i\sin{\frac{\pi}{12}})
(3)
* αβ=4(cos13π12+isin13π12)\alpha\beta = 4(\cos{\frac{13\pi}{12}} + i\sin{\frac{13\pi}{12}})
* αβ=2(cos7π12+isin7π12)\frac{\alpha}{\beta} = 2(\cos{\frac{7\pi}{12}} + i\sin{\frac{7\pi}{12}})

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