あけましておめでとうございます牛

 

今回は、複素数と内積についてです。

まず、関係式を思い出しましょう。

 

①ベクトル

 とするとき、

 

 

②複素数

 (a,b,c,dは実数)とするとき、

 

 

複素数の積には、実部に内積のようで内積でないものが出てきます。

もうちょとどうにかならんのか?

3行目の公式を足掛かりに考えていきます。

ベクトルでは  で 右辺のpを1つqに変えると、内積になります。

複素数でも同じことをしてみます。右辺でzを1つwに変えると・・・

 

 

となり、の実部に内積と同じ式が現れます。

 

魚しっぽ魚からだ魚からだ魚からだ魚あたま{sugoizo!)

 

「内積といえば垂直!」ということで、

上の結果を使って、垂直条件を表してみましょう。

「点Oと点zを結んだ線分」と「点Oと点wを結んだ線分」が垂直で

あるための条件は、(z≠0かつw≠0としてカエル

  の実部が0であること」

あるいは同じことですが

  が純虚数であること」

と言えます。

 

 カエル点zや点wが原点Oと一致する場合を除くため。

 

ちなみに、内積とは関係ない話ですが、

この垂直条件は、

数学Ⅲ「複素数平面」に出てくる「回転」と、多少の式変形で

導くことができます。("or"は「または」です。)

 

z≠0かつw≠0のとき、

 

よって、「垂直⇔ は純虚数」がわかります。宇宙人

 

熊しっぽ熊からだ熊からだ熊からだ熊あたま{soudane!)

 

最後に・・・

において、

①「実部=0」は垂直条件でしたが、「虚部=0」は平行条件です。

②虚部を ad-bc にしたければ、

  

とすればできます。こうしてみると、

左側に複素共役を付けるのが正しいのかもしれません。(趣味の問題?)

 

(おわり)

 

前回

 ・・・★

を、極方程式

に書き直した。

しかし、どんな曲線なのかまだわかっていない。

 

xで微分して

さらに、r^2=cos 2θを使って、

ここで、t=tanθとおくとcos2θ=(1-t^2)/(1+t^2)なので(←有名)

点Pの偏角θを0からπまで(その先は略)動かすときの様子を表にまとめると

曲線上の点Pにおける接線の傾きy'の変化は、これでわかった。

また、rは実数でなければならないので、

θの取りうる値の範囲には制限があり、実際

より、0≦θ≦π/4,3π/4≦θ≦5π/4,7π/4≦θ≦2πである。

点Pはこの範囲でしか動けない。

境目のθ=π/4,3π/4,5π/4,7π/4ではr=0である。

よって、概形は下図のようになる。

緑の直線は偏角π/4,3π/4πおよびπ/6,5π/6を表している。

 

 ・・・★

において、yを-yに置き換えても方程式は変わらないから、

曲線はx軸に関して対称で、

実際の曲線は、上図に対称な下半分がある。

この下半分がπ≦θ<2πに対応すると考えられる。

 

(おわり)

前回求めた軌跡

 ・・・★

はどのような曲線か。

 

まず微分してみたものの(計算は末尾に掲載)、よくわからなかった。
微分の計算から、x^2+y^2に着目して、極方程式で考えてみることにした。

r^2で割ってよいのか。

前回の話で、点Pは原点Oを通ることがわかっているので、r=0になることがある。

しかし、今の場合は、最後の行の方程式に「r=0の場合」が含まれるので、これでよい。

 

_/_/_/_/_/_/_/_/_/_/_/_/_/_/_/_/_/_/_/_/

 

(1)★の両辺をxで微分

 

(2)それを極座標へ

軌跡上の任意の点P(x,y)の極座標を<r,θ>として、

 

(つづく)