複素数を使った三次方程式について
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odiak
(0pt)
友達から、こんな問題を出されました。

  x^3=1+i

解法が分からなかったので、複素平面を使って解いてみました。
すると、解は以下のようになりました。

  \theta=\frac{\pi}{12},-\frac{7\pi}{12},\frac{3\pi}{4}

  r=2^{\frac{1}{6}}

とおいたとき、

  x=r(\cos\theta+i\sin\theta)

これで解は合っていますでしょうか?
また、他の解き方としてはどんなものがあるのでしょうか?
2012-02-16 20:49:13
rascal
(54pt)
解に三角関数を残しておいて良いならば、解はそれで合っています。
複素平面を使わない場合、例えば以下のように解けます。

x^3=1+i
x^6=2i
x^{12}=-4
x^{12}+4=0
x=2^\frac16y (このとき y^3=\frac{1+i}{\sqrt2})とおくと
y^{12}+1=0
(y^4+1)(y^8-y^4+1)=0

y^4+1=0 を解くと
y^4+2y^2+1-2y^2=0
(y^2+1)^2-(\sqrt2y)^2=0
(y^2+\sqrt2y+1)(y^2-\sqrt2y+1)=0
y=\frac{{\pm}1{\pm}i}{\sqrt2} (複合任意)
(\frac{1+i}{\sqrt2})^3=\frac{-1+i}{\sqrt2}
(\frac{1-i}{\sqrt2})^3=\frac{-1-i}{\sqrt2}
(\frac{-1+i}{\sqrt2})^3=\frac{1+i}{\sqrt2}
(\frac{-1-i}{\sqrt2})^3=\frac{1-i}{\sqrt2}
{\therefore}\ y=\frac{-1+i}{\sqrt2} は一つの解

y^8-y^4+1=0 を解くと
y^8+2y^4+1-3y^4=0
(y^4+1)^2-(\sqrt3y^2)^2=0
(y^4+\sqrt3y^2+1)(y^4-\sqrt3y^2+1)=0

y^4+\sqrt3y^2+1=0 を解くと
y^4+2y^2+1-(2-\sqrt3)y^2=0
(y^2+1)^2-(\frac{\sqrt6-\sqrt2}2y)^2=0
(y^2+\frac{\sqrt6-\sqrt2}2y+1)(y^2-\frac{\sqrt6-\sqrt2}2y+1)=0
y=\frac{\pm(\sqrt6-\sqrt2)\pm2\sqrt{2+\sqrt3}i}4 (複合任意)
(\frac{(\sqrt6-\sqrt2)+2\sqrt{2+\sqrt3}i}4)^3=\frac{-1-i}{\sqrt2}
(\frac{(\sqrt6-\sqrt2)-2\sqrt{2+\sqrt3}i}4)^3=\frac{-1+i}{\sqrt2}
(\frac{-(\sqrt6-\sqrt2)+2\sqrt{2+\sqrt3}i}4)^3=\frac{1-i}{\sqrt2}
(\frac{-(\sqrt6-\sqrt2)-2\sqrt{2+\sqrt3}i}4)^3=\frac{1+i}{\sqrt2}
{\therefore}\ y=\frac{-(\sqrt6-\sqrt2)-2\sqrt{2+\sqrt3}i}4 は一つの解

同様に y^4-\sqrt3y^2+1=0 を解くと
y=\frac{(\sqrt6+\sqrt2)+2\sqrt{2-\sqrt3}i}4 が一つの解

よって y^3=\frac{1+i}{\sqrt2} の解は
y=\frac{-1+i}{\sqrt2},\ \frac{\pm\sqrt6+\sqrt2\pm2\sqrt{2\mp\sqrt3}i}4 (複号同順)
なので、 x^3=1+i の解は
x=2^{-\frac13}(-1+i),\ 2^{-\frac{11}6}(\pm\sqrt6+\sqrt2\pm2\sqrt{2\mp\sqrt3}i) (複号同順)
1拍手 |
2012-02-17 15:28:58
odiak
(0pt)
こんな解き方があったんですね!
回答ありがとうございました。
2012-02-17 15:48:41
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