複素数と方程式の練習問題と解き方
となる虚数単位 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
複素数の計算
(, は実数)の形の数を複素数といいます。計算は を文字のように扱い、 が出てきたら に置きかえます。
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。
負の数の平方根は、先に と直してから計算します。 で、 ではありません。
判別式と解と係数の関係
2 次方程式 の解の種類は、判別式 の符号で決まります(:異なる 2 つの実数解、:重解、:異なる 2 つの虚数解)。
のように、対称式は和と積で表せます。また、2 数 , を解とする 2 次方程式の 1 つは です。
剰余の定理と因数定理
整式 を で割った余りは 。特に は で割り切れる。
2 次式 で割った余りは 1 次以下なので とおき、, の条件から , を求めます。
3 次方程式は、定数項の約数を代入して となる を見つけ、 と因数分解して解きます。 のような複 2 次式は とおきます。
1 の 3 乗根 ω
の虚数解の 1 つを とすると、 より
が成り立ちます。 のように次数を下げ、 を使って計算します。
例題(解き方つき)
2 次方程式 の 2 つの解を , とするとき、次の式の値を求めよ。
- (1)
- (2)
ヒント
解と係数の関係 , を使い、式を と で表します。
答え
- (1)
- (2)
解き方
解と係数の関係より
(1)
(2)
次の等式を満たす実数 , の値を求めよ。
ヒント
左辺を (実部) + (虚部) の形に整理し、実部どうし・虚部どうしを等しいとおきます。
答え
解き方
左辺を整理すると
, は実数なので、実部と虚部を比べて
これを解いて
3 次方程式 の 3 つの解を , , とするとき、次の式の値を求めよ。
- (1)
- (2)
ヒント
, , を使います。
答え
- (1)
- (2)
解き方
解と係数の関係より
(1)
(2)
練習問題
次の 2 次方程式を解け。
ヒント
判別式が負なので、解は虚数になります。 を使います。
答え
解き方
解の公式より
2 次方程式 の 2 つの解を , とするとき、2 数 , を解とする 2 次方程式を 1 つ作れ。ただし、係数は整数とする。
ヒント
新しい 2 つの解の和と積を、 と で表します。
答え
解き方
解と係数の関係より
2 つの解の和と積は
和が 、積が である 2 次方程式の 1 つは
, を実数の定数とする。3 次方程式 が を解にもつとき、, の値と他の解を求めよ。
ヒント
実数係数の方程式が虚数解 をもつとき、共役な も解になります。
答え
- a, b
- 他の解
解き方
係数が実数なので、共役な複素数 も解である。この 2 つを解とする 2 次式は
もう 1 つの解を とすると、定数項を比べて
右辺を展開して係数を比べると