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x 3 =1 の解 

x 3 =1 の解は複素数を学習する上で非常に重要な式である.このページで詳しく解説する.

x 3 =1 の解を求める.

まず, x 3 -1=0  の形にして因数分解する.

( x1 )( x 2 +x+1 )=0   ・・・・・・(1)

(1)より

x1 =0 または, x 2 +x+1=0

x 2 +x+1=0  を解の公式を使って解くと

x = 1 ± 1 2 4 1 1 2

= 1 ± 3 2

= 1 ± 3 i 2

= 1 2 ± 3 2 i

となり虚数解(ここを参照)となる.

以上より, x 3 =1 の解は

1, 1 2 + 3 2 i 1 2 - 3 2 i  

となる.

理解をさらに深めるために求まった解を極形式に変えてみる(偏角 θの範囲を 0°<θ<360° とする).

1=cos0°+sin0°  

1 2 + 3 2 i=cos120°+isin120°  

1 2 - 3 2 i=cos240°+isin240°  

となり,複素数の絶対値が1で偏角が0°,120°,240°の120°間隔になっている特徴がある.

x 3 =1 の3つの解を複素平面上に表すと下図のようになる.

半径1の円上に x=1 を起点として 120°( = 360° 3 )づつ正の方向に 回転したところに解が存在する.

ω= 1 2 + 3 2 i  とおく( ωを1の原始立方解虚数立方解)という)と, ω·ω= ω 2 複素数の積の特徴より複素数 ωを120°回転させた複素数になる.すなはちx 3 =1 の虚数解のもう一方 1 2 - 3 2 i  と一致する.

この複素数の積の特徴を利用して,さらにx 3 =1 の解 について考えてみる.

x=1 1 2 + 3 2 i( =cos120°+isin120° ) を3回掛けると360°回転して元に戻る.式で表すと,

  • 1 · ( 1 2 + 3 2 i )

  • ( 1 2 + 3 2 i )

  • ( 1 2 + 3 2 i )

= ( 1 2 + 3 2 i ) 3

= ( cos 120 ° + i sin 120 ° ) 3

= { cos ( 120 ° × 3 ) + i sin ( 120 ° × 3 ) }

= cos 360 ° + i sin 360 °

= 1

x=1 1 2 - 3 2 i( =cos240°+isin240° ) を3回掛けると720°回転して元に戻る.式で表すと,

  • 1 · ( 1 2 3 2 i )

  • ( 1 2 3 2 i )

  • ( 1 2 3 2 i )

= ( 1 2 3 2 i ) 3

= ( cos 240 ° + i sin 240 ° ) 3

= { cos ( 240 ° × 3 ) + i sin ( 240 ° × 3 ) }

= cos 720 ° + i sin 720 °

= 1

このような特徴を一般化したものがド・モアブルの定理であり, z n =α の解である.

 

ホーム>>カテゴリー分類>>複素数 >> x 3 =1 の解(原始立方解)

最終更新日:2023年2月25日

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