京大理系数学'20年前期[1]
a,bは実数で、とする。zに関する方程式
・・・(*) は3つの相異なる解を持ち、それらは複素数平面上で、一辺の長さがの正三角形の頂点となっているとする。このとき、a,bと(*)の3つの解を求めよ。
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解答 複素数平面上で正三角形の頂点となっている3次方程式の解の考え方は色々あります。ここでは、1の3乗根の1つ、を使って考えてみます。,です。
1辺の長さがの正三角形の外接円の半径をrとすると、正弦定理より、 ∴
αをとなる複素数とすると、原点を中心とする半径aの円周上に,それを原点の周りに回転した,さらに回転したの3点をとると、正三角形となります。さらに、この3点を複素数平面上でβだけ平行移動した、,,が、(*)の相異なる3解になっているとします。
3次方程式の解と係数の関係より、
・・・@ ・・・A ・・・B @より、 ∴ ・・・C
よって、(*)の3解は、,,になります。 (**)
Aより、
∴ ・・・D
Bより、 ・・・E ここで、 ・・・F は実数なので、,よって、も実数ですが、より、 ∴
Fより、なので、,Fより、,aは実数なので、,Dより、
∴
・のとき、(**)の3解は、 ・・・G, ・・・H, ・・・I ・のとき、このαは、を原点の周りに回転させた点なので、(**)の3解は、はHに一致し、はIに一致し、はGに一致します。 ・のとき、このαは、を原点の周りに回転させた点なので、(**)の3解は、はIに一致し、はGに一致し、はHに一致します。 以上より、,,(*)の3解は、,, ......[答]
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