高校数学 公式・解法ノート
必須

n 乗根(z^n=\alpha の解)

着眼点z=r(\cos\theta+i\sin\theta) とおき、絶対値と偏角を比べる。偏角は「+2k\pi」を付けて k=0,1,\dots,n-1。

  1. 右辺を極形式に:\alpha=R(\cos\varphi+i\sin\varphi)
  2. r^n=R、n\theta=\varphi+2k\pi
  3. k=0,1,\dots,n-1 を代入(解は単位円を n 等分した正 n 角形の頂点)
例題
1
z^4=-16 を解け。
解答
-16=16(\cos\pi+i\sin\pi)。r^4=16 より r=2、4\theta=\pi+2k\pi より \theta=\frac{\pi}{4}+\frac{k\pi}{2}。
k=0,1,2,3 で \theta=\frac{\pi}4,\frac{3\pi}4,\frac{5\pi}4,\frac{7\pi}4。z=\pm\sqrt2\pm\sqrt2\,i\ (\text{複号任意の4つ})
2
z^3=8i を解け。
解答
8i=8\left(\cos\frac{\pi}{2}+i\sin\frac{\pi}{2}\right)。r=2、3\theta=\frac{\pi}{2}+2k\pi より \theta=\frac{\pi}{6},\ \frac{5\pi}{6},\ \frac{3\pi}{2}。z=\sqrt3+i,\ \ -\sqrt3+i,\ \ -2i(検算:(-2i)^3=-8i^3=8i)
注意k を 0 だけで止めて解を1つしか書かないミス。n 乗根は必ず n 個。

「複素数平面」の項目

  1. 共役複素数と絶対値(|z|²=zz̄)必須
  2. 極形式と積・商必須
  3. 回転(原点まわり・点 α まわり)必須
  4. ド・モアブルの定理必須
  5. n 乗根(zⁿ=α の解)必須
  6. 方程式の表す図形(円・垂直二等分線)必須
  7. 3点の位置関係((γ-α)/(β-α) を見る)差がつく
  8. |z|=1 のときは z̄=1/z差がつく
  9. w=f(z) による図形の移り方差がつく
  10. 1の n 乗根の和と三角関数の和不要
  11. 正三角形の条件 α²+β²+γ²=αβ+βγ+γα不要

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