東大理系数学'21年前期[2]
複素数a,b,cに対して整式
を考える。iを虚数単位とする。
(1) α,β,γを複素数とする。
,
,
が成り立つとき、a,b,cをそれぞれα,β,γで表せ。 (2)
,
,
がいずれも1以上2以下の実数であるとき、
のとりうる範囲を複素数平面上に図示せよ。
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解答 (2)は第1問と同じようなことになってしまいますが、こちらは動くものが3つです。
A+Bより、
,@を代入し、
,
(複素数の計算を参照)より、
∴
これと@をAへ代入し、
(2)
,(1)の結果より、
(x,yは実数)とおくと、
・・・C,
・・・D3文字動くのでは大変なので、2式より1文字ずつ消去して考えます。
C+Dより、
∴
,
より、
,つまり、
(左の等号は
かつ
のとき、右の等号は
かつ
のとき) ・・・E
,つまり、
(左の等号は
かつ
のとき、右の等号は
かつ
のとき) ・・・F
,つまり、
(左の等号は
かつ
のとき、右の等号は
かつ
のとき) ・・・G
かつ
かつ
より、求める範囲は、EかつFかつGです。図示すると右図黄緑色着色部(境界線を含む)。(不等式の表す領域を参照)
追記.右下図に、求める範囲の境界線上、頂点で、α,β,γがどのような値をとるか、を書いておきます。どうして、右上図のような範囲になるかがわかると思います。
注,C,Dを、
と見ると、
,
,
,
,
,
,
として、
より、αが1から2まで動くときに、
となる点
を1頂点として
,
で作られる平行四辺形
(
,
,
,ベクトルの1次独立を参照)が、頂点
が
から
まで動くように平行移動(
の方向に)して通過する部分が求める範囲(右図薄緑色部分)になります。
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