質問<3348>
「「虚数」」
日付 2006/8/28
質問者


虚部が正の複素数zでi\(z^{2}\)+2iz+\(\frac{1}{2}\)+i=0を満たすものを
z=a+bi(a,bは実数、b>0)の形で表せ。

お願いします。

★完全解答希望★

お便り
日付 2006/8/30
回答者 kino


z=a+bi を方程式に代入して実部と虚部に分けることから始めます。

i(a+bi\()^{2}\)+2i(a+bi)+\(\frac{1}{2}\)+i
=i(\(a^{2}\)+2abi-\(b^{2}\))+2ia-2b+\(\frac{1}{2}\)+i
=(-2ab-2b+\(\frac{1}{2}\))+i(\(a^{2}\)-\(b^{2}\)+2a+1)

ですから,これが 0 に等しいことから,
実部:-2ab-2b+\(\frac{1}{2}\)=0,
虚部:\(a^{2}\)-\(b^{2}\)+2a+1=0
という連立方程式を得ます。
実部の式から,ab=\(\frac{1}{4}\)-b となります。
虚部の式に \(b^{2}\) をかけると,
(ab\()^{2}\)-\(b^{4}\)+2ab*b+\(b^{2}\)=0
となるので,これに ab=\(\frac{1}{4}\)-b を代入して
(\(\frac{1}{4}\)-b\()^{2}\)-\(b^{4}\)+2(\(\frac{1}{4}\)-b)b+\(b^{2}\)=\(\frac{1}{16}\)-\(b^{4}\)=0
を得ます。
\(b^{4}\)-\(\frac{1}{16}\)=(\(b^{2}\)-\(\frac{1}{4}\))(\(b^{2}\)+\(\frac{1}{4}\))=(b-\(\frac{1}{2}\))(b+\(\frac{1}{2}\))(\(b^{2}\)+\(\frac{1}{4}\))
および b>0 より,b=\(\frac{1}{2}\) であることがわかります。
あとはこれを ab=\(\frac{1}{4}\)-b に代入すれば,
a=-\(\frac{1}{2}\) となります。