防衛医科大学校/2024年度/前期

3防衛医科大学校 2024年 数学 第3問解答・解説

1問題

防衛医科大学校2024年度第3問
複素平面において、原点 O\mathrm{O} ではない点 P(z1)\mathrm{P}(z_{1}) を O\mathrm{O} を中心として反時計回りに 76π\dfrac{7}{6}\pi だけ回転し、さらに、実軸の正の方向に2だけ平行移動した点を Q(z2)\mathrm{Q}(z_{2}) とする。z1=a+bi, z2=b−aiz_{1}=a+bi,\ z_{2}=b-ai(a, ba,\,b は実数)となるような aa と bb の組 (a, b)(a,\,b) は 5\boxed{5} である。また、(a, b)(a,\,b) がこの組であるとき、△POQ\triangle\mathrm{POQ} の内接円の中心を表す複素数は 6\boxed{6} となる。ここで、ii は虚数単位である。

空欄5の選択肢:(1)(2, 1)(\sqrt{2},\,1) (2)(3, 1)(\sqrt{3},\,1) (3)(2, 2)(\sqrt{2},\,2) (4)(3, 2)(\sqrt{3},\,2) (5)(2, 1)(2,\,1)。

空欄6の選択肢:(1)2+2+23+62+2+2+23+62i\dfrac{2+\sqrt{2}+2\sqrt{3}+\sqrt{6}}{2}+\dfrac{2+\sqrt{2}+2\sqrt{3}+\sqrt{6}}{2}i (2)2−2+23−62+2−2−23+62i\dfrac{2-\sqrt{2}+2\sqrt{3}-\sqrt{6}}{2}+\dfrac{2-\sqrt{2}-2\sqrt{3}+\sqrt{6}}{2}i (3)2−2−23−62+2−2−23−62i\dfrac{2-\sqrt{2}-2\sqrt{3}-\sqrt{6}}{2}+\dfrac{2-\sqrt{2}-2\sqrt{3}-\sqrt{6}}{2}i (4)2+2+23+62−2+2+23+62i\dfrac{2+\sqrt{2}+2\sqrt{3}+\sqrt{6}}{2}-\dfrac{2+\sqrt{2}+2\sqrt{3}+\sqrt{6}}{2}i (5)2−2+23−62−2−2−23+62i\dfrac{2-\sqrt{2}+2\sqrt{3}-\sqrt{6}}{2}-\dfrac{2-\sqrt{2}-2\sqrt{3}+\sqrt{6}}{2}i。

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
  • 空欄5 回転と平行移動の条件
    (a,b)=(3,1)(a,b)=(\sqrt3,1)。選択肢 (2)。
  • 空欄6 内心の複素数
    2−2+23−62+2−2−23+62i\dfrac{2-\sqrt2+2\sqrt3-\sqrt6}{2}+\dfrac{2-\sqrt2-2\sqrt3+\sqrt6}{2}i。選択肢 (2)。

3解答

解答を見る途中式つきの解答

解答

空欄5 回転と平行移動の条件

反時計回りに 7π6\frac{7\pi}{6} 回転する複素数の倍率は ω=−32−i2\omega=-\frac{\sqrt{3}}{2}-\frac{i}{2} である。
条件 z2=b−ai=−i(a+bi)=−iz1z_2=b-ai=-i(a+bi)=-iz_1 と回転・移動の条件 z2=ωz1+2z_2=\omega z_1+2 より、
(ω+i)(a+bi)=−2. (\omega+i)(a+bi)=-2.
実部と虚部を比較すると、
3a+b=4,a−3b=0. \sqrt{3}a+b=4,\qquad a-\sqrt{3}b=0.
したがって、b=1,a=3b=1,a=\sqrt{3} であり、z1≠0z_1\ne0 の条件も満たす。

空欄6 内心の複素数

前半より P=(3,1), Q=(1,−3)P=(\sqrt3,1),\ Q=(1,-\sqrt3)。
OP=OQ=2OP=OQ=2、OP→⋅OQ→=0\overrightarrow{OP}\cdot\overrightarrow{OQ}=0 なので、△POQ\triangle POQ は OO を直角とする直角二等辺三角形で、PQ=22PQ=2\sqrt2。
内心 II は各頂点をその対辺の長さで重み付けした点だから
OI→=OQ OP→+OP OQ→OP+OQ+PQ=OP→+OQ→2+2=2−22(OP→+OQ→). \overrightarrow{OI} =\frac{OQ\,\overrightarrow{OP}+OP\,\overrightarrow{OQ}}{OP+OQ+PQ} =\frac{\overrightarrow{OP}+\overrightarrow{OQ}}{2+\sqrt2} =\frac{2-\sqrt2}{2}(\overrightarrow{OP}+\overrightarrow{OQ}).
従って内心を表す複素数は
2−22{(1+3)+(1−3)i}, \frac{2-\sqrt2}{2}\{(1+\sqrt3)+(1-\sqrt3)i\},
これを展開すると答えの式になる。

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。

防衛医科大学校の数学を、過去 10 年分まとめて解けるものがあったら使いたいですか?

次にやること

同じ年度の次の問題第4問へ進む

防衛医科大学校のほかの年度