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数学II

複素数と方程式の練習問題と解き方

i2=−1i^2 = -1 となる虚数単位 ii を使うと、すべての 2 次方程式が解をもちます。計算規則と、解と係数の関係・剰余の定理を使いこなしましょう。

基礎・標準:高校2年・1学期/発展:高校3年・受験期

数学の問題ジェネレーター

レベル

複素数の計算

a+bia + bi(aa, bb は実数)の形の数を複素数といいます。計算は ii を文字のように扱い、i2i^2 が出てきたら −1-1 に置きかえます。

(2+3i)(1−i)=2−2i+3i−3i2=5+i(2 + 3i)(1 - i) = 2 - 2i + 3i - 3i^2 = 5 + i

割り算は、分母と共役な複素数を分母・分子に掛けて分母を実数にします。

1+3i1+i=(1+3i)(1−i)(1+i)(1−i)=4+2i2=2+i\frac{1 + 3i}{1 + i} = \frac{(1 + 3i)(1 - i)}{(1 + i)(1 - i)} = \frac{4 + 2i}{2} = 2 + i
注意

負の数の平方根は、先に −a=a i\sqrt{-a} = \sqrt{a}\,i と直してから計算します。−2−8=2 i⋅22 i=−4\sqrt{-2}\sqrt{-8} = \sqrt{2}\,i \cdot 2\sqrt{2}\,i = -4 で、16=4\sqrt{16} = 4 ではありません。

判別式と解と係数の関係

2 次方程式 ax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0 の解の種類は、判別式 D=b2−4acD = b^2 - 4ac の符号で決まります(D>0D > 0:異なる 2 つの実数解、D=0D = 0:重解、D<0D < 0:異なる 2 つの虚数解)。

解と係数の関係
α+β=−ba,αβ=ca\alpha + \beta = -\frac{b}{a},\qquad \alpha\beta = \frac{c}{a}

α2+β2=(α+β)2−2αβ\alpha^2 + \beta^2 = (\alpha + \beta)^2 - 2\alpha\beta のように、対称式は和と積で表せます。また、2 数 pp, qq を解とする 2 次方程式の 1 つは x2−(p+q)x+pq=0x^2 - (p + q)x + pq = 0 です。

剰余の定理と因数定理

剰余の定理・因数定理

整式 P(x)P(x) を x−ax - a で割った余りは P(a)P(a)。特に P(a)=0P(a) = 0 ⇔\Leftrightarrow P(x)P(x) は x−ax - a で割り切れる。

2 次式 (x−a)(x−b)(x - a)(x - b) で割った余りは 1 次以下なので px+qpx + q とおき、P(a)P(a), P(b)P(b) の条件から pp, qq を求めます。

3 次方程式は、定数項の約数を代入して P(a)=0P(a) = 0 となる aa を見つけ、(x−a)(2 次式)=0(x - a)(\text{2 次式}) = 0 と因数分解して解きます。x4+px2+q=0x^4 + px^2 + q = 0 のような複 2 次式は x2=tx^2 = t とおきます。

1 の 3 乗根 ω

x3=1x^3 = 1 の虚数解の 1 つを ω\omega とすると、x3−1=(x−1)(x2+x+1)x^3 - 1 = (x - 1)(x^2 + x + 1) より

ω3=1,ω2+ω+1=0\omega^3 = 1,\qquad \omega^2 + \omega + 1 = 0

が成り立ちます。ω100=(ω3)33ω=ω\omega^{100} = (\omega^3)^{33}\omega = \omega のように次数を下げ、ω2+ω=−1\omega^2 + \omega = -1 を使って計算します。