【複素数の相等】
a, b, c, dは実数とするとき a+bi=c+di ⇔ a=c, b=d 特に a+bi=0 ⇔ a=b=0 ※上記の式は,「複素数の実部と虚部がそれぞれ等しい」とき,「2つの複素数は等しい」といい,等号(=)を使って表す,という定義を述べたものなので,この式に対する証明というものは考えない.
《難易度の目安》
教科書レベルの基本問題★ 参考書などでよく出る問題★★ 大学入試問題★★★
【例1】 ★
(解答)次の等式が成り立つように,実数a, bの値を定めてください. (a+bi)(1−i)=1+5i 両辺を実部と虚部に分けて比較する a−ai+bi−bi2=1+5i (a+b)+(b−a)i=1+5i a+b=1 b−a=5 この連立方程式を解くと a=−2, b=3…(答) (別解)方程式というよりは,単なる計算問題にする a=−2, b=3…(答) |
以下の問題において,見ているだけでは解説は出ません.採点すれば解説が読めます.
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【複素数の実数条件ほか】
(解説)を複素数, をその共役複素数とするとき (1) が実数であるための必要十分条件は (2) が純虚数であるための必要十分条件は zの実部をa,虚部をb(a, bは実数)とおくと となるから (1) zが実数 ⇔ b=0 ⇔ が成り立つ (2) zが純虚数 ⇔ a=0 ⇔ が成り立つ なお,2つの複素数 の和・差・積・商について,次の関係式が成り立つ(上記のように実部と虚部を比較すると証明できる) …(#1) …(#2) …(#3)
【例2】 ★
(解答)次の式が実数となるように実数xの値を定めてください. (x+2i)(1−i) (x+2i)(1−i)=x−xi+2i−2i2 =(x+2)+(−x+2)i が実数となるには −x+2=0 x=2…(答) (別解) となればよい. x=2…(答) |
【複素数の値の代入】
「x=a+biのとき,cx4+dx3+···+ex+fの値を求めよ」という形の問題では,xの値を3次式,4次式などに直接代入して「体力仕事」「根性物語」で答を出すこともできますが,そのやり方は「美的でない」「計算が複雑で間違いやすい」などの事情があって,歓迎されません.(部分点となる場合でも低評価です). この形の問題では,xが満たす2次方程式などを利用して,下の例3のように「商と余りに分けて」,次数の低い「余りに代入する」というのが,昔からある
【例3】 ★★
(解答)のとき, の値を求めてください. このように, のとき の値が0になることを利用して,次のように変形する. ここで, だから …(答) (備考:重要) • この変形は,元の式=割る式×商+余りと変形したときに,余りの次数は,必ず割る式の次数よりも小さいということを利用して,元の式に代入する代わりに,次数の低い余りに代入する所がポイント • その場合に,割る式として0になる式を選んでいるので,その式が消えることを利用する • なお,上記の変形において,作成した方程式,すなわち,割る式は,xの値の必要条件であって十分条件ではないことに注意.すなわち, の解は, だけでなく, も解であるが, ならば は間違いなく成り立っているから,これを利用できる. • 生徒が最も困るところは, であるのならば, で割るのは「反則」「数学で禁止されている」のではないか,ということであるが,上の答案をよく見てもらうと,割り算はどこにも書いてなく,掛け算が書いてある!! それじゃあ,商と余りをどうやって計算したんだよ! ÷ … 計算は下書き用紙に書いたので,表側には出てこない. ※ は,xの値と関係なく成り立つ恒等式の変形です × は, のときだけできる代入の作業です だから,上記の答案で十分です. ♪〜わかった〜♪ |
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