質問<597>
「「複素数平面」」
日付 2001/8/10
質問者 3年10組12番


(1)zが虚数でz+\(\frac{1}{z}\)が実数のとき、│z│の値aを求めよ

(2)(1)で求めたaに対して、zが条件│z│=aを満たしながら動くとき、
w=(z+\(\sqrt{\quad}\)2+\(\sqrt{\quad}\)2i\()^{4}\)の絶対値と偏角の動く範囲を求めよ。 

よろしくお願いします。

お返事(武田)
日付 2001/8/13
回答者 武田


問1
z=x+yiとすると、

1  1   x-yi
―=――――=―――――
z x+yi x2 +y2

  1           y
z+―が実数だから、y-―――――=0より、
  z         x2 +y2

∴x2 +y2 =1

|z|=\(\sqrt{\quad}\)(x2 +y2 )=\(\sqrt{\quad}\)1=1
∴a=1………(答)

問2
|z|=a=1は、半径1の円上の複素数zだから、
w=(z+\(\sqrt{\quad}\)2+\(\sqrt{\quad}\)2i)4
目盛りを\(\pm\)100の範囲で、wの描くグラフを書くと、
次のようになった。



しかし、これからwの絶対値と偏角の範囲はどうしたものか?

※未解決問題に移した瞬間に、d3さんからアドバイスが届きました。
感謝!!

お便り
日付 2001/8/13
回答者 d3


3年10組12番さん「複素数平面」の解答です.

(1)
z=r(cosΘ+isinΘ) (r>0)とします.
z+\(\frac{1}{z}\)の虚数部分=(r-\(\frac{1}{r}\))sinΘ
ここで,zが虚数なので,sinΘ≠0から,r-\(\frac{1}{r}\)=0.
よって,r>0から,r=1,すなわち,│z│の値a=1.
(z=0は明らかに条件を満たしません)
(2)
ここで,│z│=1は,原点中心,半径1の円です.
z+\(\sqrt{\quad}\)2+\(\sqrt{\quad}\)2i=vは,
この円上の点zを平行移動(\(\sqrt{\quad}\)2+\(\sqrt{\quad}\)2iを加える)した点で,
│v-(\(\sqrt{\quad}\)2+\(\sqrt{\quad}\)2i)│=1を表します.
この円の中心(\(\sqrt{\quad}\)2+\(\sqrt{\quad}\)2i)と原点との距離は2,
半径は1ですので,また(\(\sqrt{\quad}\)2+\(\sqrt{\quad}\)2i)の偏角が45度なので,
15度≦arg(v)≦75度,1≦│v│≦3 
(平面上に点と円をかくとわかりやすいです.)
w=(z+\(\sqrt{\quad}\)2+\(\sqrt{\quad}\)2i\()^{4}\)の絶対値と偏角の動く範囲は, 
60度≦arg(w)≦300度,1≦│w│≦81
となります.