愛知医科大学/2022年度/推薦

2愛知医科大学 2022年 数学 第2問解答・解説

1問題

愛知医科大学2022年度第2問
次の問いに答えよ。

(1) 複素数zzをz=r(cos⁡θ+isin⁡θ)z=r(\cos\theta+i\sin\theta)と極形式で表したとき、複素数z+1zz+\dfrac{1}{z}の実部と虚部を求めよ。

(2) w=z+1zw=z+\dfrac{1}{z}とする。複素数平面上で、点zzが原点O\mathrm{O}を中心とする半径22の円周上を動くとき、点w=x+yiw=x+yiは座標平面上でどのような図形を描くか。

まずは自分で解いてみましょう。解けたら「答え」、詰まったら「解答」で確かめられます。

タイマー

15:00

2答え

答えを見る自分の答えと照らし合わせる
  • (1) 実部と虚部
    実部 (r+1r)cos⁡θ\left(r+\frac1r\right)\cos\theta、虚部 (r−1r)sin⁡θ\left(r-\frac1r\right)\sin\theta。
  • (2) wが描く図形
    楕円 x2254+y294=1\frac{x^2}{\frac{25}4}+\frac{y^2}{\frac94}=1 の全周。

3解答

解答を見る途中式つきの解答

解答

(1) 実部と虚部

1z\frac1zがあるのでz≠0z≠0、従ってr>0r>0である。極形式の逆数は
1z=r−1(cos⁡θ−isin⁡θ). \frac1z=r^{-1}(\cos\theta-i\sin\theta).
zに加えると
z+1z=(r+r−1)cos⁡θ+i(r−r−1)sin⁡θ, z+\frac1z=(r+r^{-1})\cos\theta+i(r-r^{-1})\sin\theta,
よって実部と虚部は結論の通り。

(2) wが描く図形

半径2の円上ではr=2r=2、θが0≦θ<2π0\leqq\theta<2\piを動くので
x=52cos⁡θx=\frac52\cos\theta、y=32sin⁡θy=\frac32\sin\theta。
従って
4x225+4y29=1. \frac{4x^2}{25}+\frac{4y^2}{9}=1.
逆にこの式を満たす点では(2x5)2+(2y3)2=1\left(\frac{2x}5\right)^2+\left(\frac{2y}3\right)^2=1だから、両者をcos⁡θ,sin⁡θ\cos\theta,\sin\thetaとする角が存在し、そのθのzで実現する。従って中心が原点、長軸がx軸方向で長半径 52\frac52、短半径 32\frac32の楕円全周である。

読み終えたら解答を閉じて、もう一度自分の手で解いてみましょう。

答えと解答は AI で作成したものです。誤りに気づいたらお問い合わせから教えてください。

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