次の方程式を解きます。 (1) $z^3 = 27$ (2) $z^6 = -1$ (3) $z^3 = -8i$ (4) $z^4 = -32(1 + \sqrt{3}i)$

代数学複素数複素平面n乗根
2025/6/6

1. 問題の内容

次の方程式を解きます。
(1) z3=27z^3 = 27
(2) z6=1z^6 = -1
(3) z3=8iz^3 = -8i
(4) z4=32(1+3i)z^4 = -32(1 + \sqrt{3}i)

2. 解き方の手順

(1) z3=27z^3 = 27
z3=27=27(cos0+isin0)z^3 = 27 = 27(\cos 0 + i\sin 0)
z=273(cos0+2kπ3+isin0+2kπ3)=3(cos2kπ3+isin2kπ3)z = \sqrt[3]{27} (\cos \frac{0 + 2k\pi}{3} + i\sin \frac{0 + 2k\pi}{3}) = 3 (\cos \frac{2k\pi}{3} + i\sin \frac{2k\pi}{3}), k=0,1,2k = 0, 1, 2.
k=0k=0 のとき z=3(cos0+isin0)=3z = 3 (\cos 0 + i\sin 0) = 3
k=1k=1 のとき z=3(cos2π3+isin2π3)=3(12+i32)=32+i332z = 3 (\cos \frac{2\pi}{3} + i\sin \frac{2\pi}{3}) = 3(-\frac{1}{2} + i\frac{\sqrt{3}}{2}) = -\frac{3}{2} + i\frac{3\sqrt{3}}{2}
k=2k=2 のとき z=3(cos4π3+isin4π3)=3(12i32)=32i332z = 3 (\cos \frac{4\pi}{3} + i\sin \frac{4\pi}{3}) = 3(-\frac{1}{2} - i\frac{\sqrt{3}}{2}) = -\frac{3}{2} - i\frac{3\sqrt{3}}{2}
(2) z6=1z^6 = -1
z6=1=cosπ+isinπz^6 = -1 = \cos \pi + i\sin \pi
z=cos(π+2kπ6)+isin(π+2kπ6)z = \cos (\frac{\pi + 2k\pi}{6}) + i \sin (\frac{\pi + 2k\pi}{6}), k=0,1,2,3,4,5k = 0, 1, 2, 3, 4, 5.
k=0:z=cosπ6+isinπ6=32+i2k=0: z = \cos \frac{\pi}{6} + i\sin \frac{\pi}{6} = \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{i}{2}
k=1:z=cosπ2+isinπ2=ik=1: z = \cos \frac{\pi}{2} + i\sin \frac{\pi}{2} = i
k=2:z=cos5π6+isin5π6=32+i2k=2: z = \cos \frac{5\pi}{6} + i\sin \frac{5\pi}{6} = -\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{i}{2}
k=3:z=cos7π6+isin7π6=32i2k=3: z = \cos \frac{7\pi}{6} + i\sin \frac{7\pi}{6} = -\frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{i}{2}
k=4:z=cos3π2+isin3π2=ik=4: z = \cos \frac{3\pi}{2} + i\sin \frac{3\pi}{2} = -i
k=5:z=cos11π6+isin11π6=32i2k=5: z = \cos \frac{11\pi}{6} + i\sin \frac{11\pi}{6} = \frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{i}{2}
(3) z3=8iz^3 = -8i
z3=8i=8(cos3π2+isin3π2)z^3 = -8i = 8(\cos \frac{3\pi}{2} + i\sin \frac{3\pi}{2})
z=83(cos(3π2+2kπ3)+isin(3π2+2kπ3))=2(cos(3π+4kπ6)+isin(3π+4kπ6))z = \sqrt[3]{8} (\cos (\frac{\frac{3\pi}{2} + 2k\pi}{3}) + i\sin (\frac{\frac{3\pi}{2} + 2k\pi}{3})) = 2(\cos (\frac{3\pi + 4k\pi}{6}) + i\sin (\frac{3\pi + 4k\pi}{6})), k=0,1,2k=0, 1, 2.
k=0:z=2(cosπ2+isinπ2)=2ik=0: z = 2 (\cos \frac{\pi}{2} + i\sin \frac{\pi}{2}) = 2i
k=1:z=2(cos7π6+isin7π6)=2(32i2)=3ik=1: z = 2 (\cos \frac{7\pi}{6} + i\sin \frac{7\pi}{6}) = 2(-\frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{i}{2}) = -\sqrt{3} - i
k=2:z=2(cos11π6+isin11π6)=2(32i2)=3ik=2: z = 2 (\cos \frac{11\pi}{6} + i\sin \frac{11\pi}{6}) = 2(\frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{i}{2}) = \sqrt{3} - i
(4) z4=32(1+3i)z^4 = -32(1 + \sqrt{3}i)
z4=32(1+3i)=64(1232i)=64(cos4π3+isin4π3)z^4 = -32(1 + \sqrt{3}i) = 64(-\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{3}}{2}i) = 64(\cos \frac{4\pi}{3} + i\sin \frac{4\pi}{3})
z=644(cos(4π3+2kπ4)+isin(4π3+2kπ4))=22(cos(4π+6kπ12)+isin(4π+6kπ12))=22(cos(2π+3kπ6)+isin(2π+3kπ6))z = \sqrt[4]{64} (\cos (\frac{\frac{4\pi}{3} + 2k\pi}{4}) + i\sin (\frac{\frac{4\pi}{3} + 2k\pi}{4})) = 2\sqrt{2} (\cos (\frac{4\pi + 6k\pi}{12}) + i\sin (\frac{4\pi + 6k\pi}{12})) = 2\sqrt{2} (\cos (\frac{2\pi + 3k\pi}{6}) + i\sin (\frac{2\pi + 3k\pi}{6})), k=0,1,2,3k=0, 1, 2, 3.
k=0:z=22(cosπ3+isinπ3)=22(12+i32)=2+i6k=0: z = 2\sqrt{2} (\cos \frac{\pi}{3} + i\sin \frac{\pi}{3}) = 2\sqrt{2} (\frac{1}{2} + i\frac{\sqrt{3}}{2}) = \sqrt{2} + i\sqrt{6}
k=1:z=22(cos5π6+isin5π6)=22(32+i12)=6+i2k=1: z = 2\sqrt{2} (\cos \frac{5\pi}{6} + i\sin \frac{5\pi}{6}) = 2\sqrt{2} (-\frac{\sqrt{3}}{2} + i\frac{1}{2}) = -\sqrt{6} + i\sqrt{2}
k=2:z=22(cos4π3+isin4π3)=22(12i32)=2i6k=2: z = 2\sqrt{2} (\cos \frac{4\pi}{3} + i\sin \frac{4\pi}{3}) = 2\sqrt{2} (-\frac{1}{2} - i\frac{\sqrt{3}}{2}) = -\sqrt{2} - i\sqrt{6}
k=3:z=22(cos11π6+isin11π6)=22(32i12)=6i2k=3: z = 2\sqrt{2} (\cos \frac{11\pi}{6} + i\sin \frac{11\pi}{6}) = 2\sqrt{2} (\frac{\sqrt{3}}{2} - i\frac{1}{2}) = \sqrt{6} - i\sqrt{2}

3. 最終的な答え

(1) z=3,32+i332,32i332z = 3, -\frac{3}{2} + i\frac{3\sqrt{3}}{2}, -\frac{3}{2} - i\frac{3\sqrt{3}}{2}
(2) z=32+i2,i,32+i2,32i2,i,32i2z = \frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{i}{2}, i, -\frac{\sqrt{3}}{2} + \frac{i}{2}, -\frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{i}{2}, -i, \frac{\sqrt{3}}{2} - \frac{i}{2}
(3) z=2i,3i,3iz = 2i, -\sqrt{3} - i, \sqrt{3} - i
(4) z=2+i6,6+i2,2i6,6i2z = \sqrt{2} + i\sqrt{6}, -\sqrt{6} + i\sqrt{2}, -\sqrt{2} - i\sqrt{6}, \sqrt{6} - i\sqrt{2}

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