このページのまとめ
先に押さえておくこと
複素数と図形の要点をまとめたページです。先に答えを確認してから、解き方とつまずきやすい点を順にたどれます。
答えの要点
図と式の対応や答えの条件を、先に短く確認できます。
- テーマ: 円・直線の複素数表現
- ポイント: 複素数平面の要点を、図と式を往復しながら確認しやすい記事です。
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問題
(1) 複素数平面上で∣z−(1+2i)∣=3はどのような図形を表すか。
(2) 複素数平面上で∣z−1∣=∣z−3i∣はどのような図形を表すか。
(3) 複素数平面上で∣z−2∣=2∣z+1∣を満たす点zの軌跡を求めよ。
解説
複素数と図形の関係について解説します。
∣z−α∣は「点zと点αの距離」を表すよ。これを意識すると、図形が見えてくるんだ。
(1)∣z−(1+2i)∣=3はどのような図形を表すか。
∣z−α∣=rの形です。α=1+2i, r=3なので、
これは中心1+2i,半径3の円を表します。
点zが動くとき、点1+2iからの距離が常に3であるような点の集合ですね。
(2)∣z−1∣=∣z−3i∣はどのような図形を表すか。
∣z−α∣=∣z−β∣の形です。これは点zから点1(実数1に対応する点)と点3iへの距離が等しいということを意味します。
2点からの距離が等しい点の集合...垂直二等分線ですね!
z=x+yiとおくと、
∣z−1∣=∣z−3i∣ ∣(x−1)+yi∣=∣x+(y−3)i∣ (x−1)2+y2=x2+(y−3)2 両辺を2乗すると、
(x−1)2+y2=x2+(y−3)2 x2−2x+1+y2=x2+y2−6y+9 −2x+1=−6y+9 2x−6y+8=0 x−3y+4=0 よって、2点1,3iを結ぶ線分の垂直二等分線(直線x−3y+4=0)です。
1x+−3y+4=0 (3)∣z−2∣=2∣z+1∣を満たす点zの軌跡を求めよ。
∣z−α∣=k∣z−β∣(k=1)の形なのでアポロニウスの円です。
z=x+yiとおくと、
∣z−2∣=2∣z+1∣ (x−2)2+y2=2(x+1)2+y2 両辺を2乗すると、
(x−2)2+y2=4{(x+1)2+y2} x2−4x+4+y2=4x2+8x+4+4y2 3x2+12x+3y2=0 x2+4x+y2=0 (x+2)2+y2=4 よって、中心(−2,0),半径2の円(アポロニウスの円)です。
アポロニウスの円は「2点からの距離の比が一定」な点の軌跡だよ。
k=1の場合は垂直二等分線(直線)になるから注意してね。
このページのまとめ
ここでは複素数と図形の関係について学習しました。
∣z−α∣を「距離」と捉えることで、円や直線を複素数で表現できます。
この考え方は複素数平面の問題で非常に重要なので、しっかりマスターしてくださいね!