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4次方程式
この4次方程式が相異なる4つの虚数解を持つ条件がわかりません。
回答
森永 健太さん、こんばんは。初めての方かな?よろしく。
入試問題ですか?解答はお持ちではないのでしょうか?正解はわかっているのですか?
まずは、ヒントというか奉仕意を書きますね。
考え方としては、これは複2次方程式ですから、x²を置き換えて2次方程式としてまず解きます。
x²=Xとすると、その4次方程式はX²+bX+c²=0という2次方程式になります。
2次方程式は解を2つ(重解も含む)持ちます。それらはともに実数か(重解を含む)、ともに虚数かしかありません。
その解をα、βとしたとき、α、βが0以上の実数なら4次方程式の解は±√α、±√βの4つの実数解を持つことになりますね。
α、βが異なる正の実数解の時は、4次方程式の解は4つの実数解。
α、βのうち片方が正で他方が0の時は、4次方程式の解は3つの実数解。
α、βが重解で負(もちろん実数)の時は、4次方程式の解は2虚数解。
α、βが重解で正(もちろん実数)の時は、4次方程式の解は2実数解。
α、βのうち片方が負の実数解で、他方が正の実数解なら、4次方程式の解は…
α、βのうち片方が負の実数解で、他方が0なら、4次方程式の解は…
α、βが異なる負の実数解なら、4次方程式の解は…
α、βが虚数解(もちろん異なっています。共役複素数です)なら、4次方程式の解は…
と、2次方程式の解α、βがどんな解になり、そのとき4次方程式の解はどうなるのかを考えていきます。
ここまでで、少し自分で進めてみてください。途中で詰まったようなときは、コメントで再度聞いてください。
ここまでは大丈夫ですか?
これを読んだら、わかったとか、まだこのへんがわからないから説明してほしいとか、コメント欄になにか返事を書いてください。会話型を目指しています。返事がないと、せっかく書いたものを読んでくれたのかどうか、書いたものが役に立ったのかどうか、こちらではわからないのです。コメント、よろしく。
片方が正で他方が負なら4次方程式は2実数解と2虚数解。 片方が負で他方が0なら2虚数解と1実数解。 異なる負の実数解なら相異なる4虚数解。 ここまで考えました。しかし α,βが虚数解の時がいまいちわかりません。
その時も異なる4虚数解になります。例えばx²=4±5iの時は(a+bi)²=4±5iとおいて、両辺の実部虚部がそれぞれ等しいと言うことから4組のa,bが求まります。複素数平面で偏角を考えれば4個の虚数が当てはまることがわかります! これで大丈夫ですか?
x²=4+5iの絶対値は√41,また偏角をΘとすると4-5iの偏角は-Θ。xの絶対値は41の4乗根で、偏角は±θ/2,π±θ/2の4つ出てきますね。
ありがとうございます。解決できました
それなら良かったです。またどうぞ!