質問<516>
「「複素数平面」」
日付 2001/6/15
質問者 3年10組12番


kを実数とするとき、方程式\(x^{3}\)-(2k+1)\(x^{2}\)+(4\(k^{2}\)+2k)x-4\(k^{2}\)=0
の解をz1、z2、z3とし、それらを複素数平面上の点と見なす。

(1)z1、z2、z3が一直線上にあるようなkの値を求めよ。

(2)z1、z2、z3が直角三角形をなすようなkの値を求めよ。

(3)3点z1、z2、z3を原点の周りに角θだけ回転して
  得られる3点をw1、w2、w3とする。w1、w2、w3、
  および、それらと共役な複素数w1のバー、w2のバー、w3のバーとが
  原点中心の正六角形の頂点となるとき、
  k、およびθ(0≦θ≦π)の値を求めよ。

お返事(武田)
日付 2001/6/18
回答者 武田


検討しましたが、解決しません。
未解決コーナーに移しますので、
誰かアドバイスを下さい。
※d3さんから下記のアドバイスを頂きました!!
感謝!!

お便り
日付 2001/6/19
回答者 d3


kを実数とする.
方程式\(x^{3}\)-(2k+1)\(x^{2}\)+(4\(k^{2}\)+2k)x-4\(k^{2}\)=0
これは,x=1を解にもつ!因数分解して,
(x-1)(\(x^{2}\)-2kx+4\(k^{2}\))=0
から,x=1,(1\(\pm\)\(\sqrt{\quad}\)3i)k.
(1)z1、z2、z3が一直線上にあるのは,k=0,1.
(2)z1、z2、z3が直角三角形をなすのは,k=0 ではダメで,
1の頂角が直角なので,
|\(\sqrt{\quad}\)3k|=|k-1|.
\(\pm\)\(\sqrt{\quad}\)3k=k-1.
k=(-1\(\pm\)\(\sqrt{\quad}\)3)/2.
(3)原点中心の正六角形の頂点となるとき、
 (w1+w2+w3)+(w1+w2+w3)のバー=0
なので,
w1+w2+w3=0.
ということは回転する前から,
z1+z2+z3=0.
この三点が作る三角形は,重心が原点であり,
原点中心の正六角形の三頂点であるので,
正三角形となる.したがって,
z1、z2、z3=1,(-1\(\pm\)\(\sqrt{\quad}\)3i)/2.
k=-\(\frac{1}{2}\).
コレに回転を施して,w1、w2、w3および、
w1のバー、w2のバー、w3のバーが
原点中心の正六角形の六頂点となるので,
実軸を垂直に切る辺を二つもつ正六角形である.
このとき,点(1)が回転して移る先から,
θ=π/6,π/2,5π/6
である.

お便り
日付 2001/6/21
回答者 d3


訂正です.飛躍がありました.すみません.

  (3)原点中心の正六角形の頂点となるとき、
   (w1+w2+w3)+(w1+w2+w3)のバー=0
  なので,
  w1+w2+w3=0.
↑ここです!(w1+w2+w3)の実数部分=0しかいえません.

  以下修正です.
(2)では
二等辺三角形になってることに注意してください!
(それでもってこの二等辺三角形は実軸に2等分される!)
(3)まずここで,
w1,w2,w3,w1のバー,w2のバー,w3のバーは,
原点中心の正六角形の頂点です.
複素共役な2点は実軸対称にあるので,
実軸を垂直に切る辺を二つもつ正六角形である.
うち一つは1に回転を加えたものなので,
六つの点の原点からの距離は1で,偏角は,
π/6,3π/6,5π/6,7π/6,9π/6,11π/6.
θの範囲から,1が動いたことを考えると,
θ=π/6,π/2,5π/6.
 (w1+w2+w3)+(w1+w2+w3)のバー=0
 なので,
 (w1+w2+w3)の実数部分=0.
これとあわせて,
θ=π/2のときは,偏角は,
π/6,3π/6,5π/6の組か,3π/6,7π/6,11π/6の組.
θ=π/6,5π/6のときは,
π/6,5π/6,9π/6の組.
したがって,次の2つの場合で,
(z1、z2、z3がつくる三角形は1を頂点とする二等辺三角形で,実軸に2等分されるので,)
z1、z2、z3=1,(1\(\pm\)\(\sqrt{\quad}\)3i)/2.
z1、z2、z3=1,(-1\(\pm\)\(\sqrt{\quad}\)3i)/2.
k=\(\pm\)\(\frac{1}{2}\).
このとき,点(1)が回転して移る先から,
θ=π/6,π/2,5π/6.
   コレでたぶん?いいのでは?