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同値変形

    鴇田 和也 (id: 3441) (2024年8月28日14:31)
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    お久しぶりです! 今回は同値変形に関する質問をしたいです。 z=√21+20i と z^2=21+20i は同値ですか? 参考書にはまるで同値のように書いてあるのですが、自分としては正直どっちなのかよくわかりません。 理由も含めて説明お願いします!

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    回答

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2024年8月28日14:55)
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    鴇田 和也 さん、こんにちは。再訪ありがとうございます。 さて…写真の解答ではどこにも同値であるなどとは書いてないし、あなたの考えるように同値ではありません。 $x^2=2$ なら $x=\pm \sqrt{2}$ が正しいです。 事実、解答にはzは2つ求まっていますよね。 で、このあと解の公式に入れると、±がつくので、どちらを $\sqrt{21+20i}$ と考えても結果が同じになるので、すらっとごまかして(?)進んじゃってます。 そういうわけで、「同値ではありません」「この問題ではどちらを使っても同じなので2つあることを無視しました」ということです。 さて、本当を言うと、数学的には√のなかが虚数であるような値は定義されていません。 ルート記号はあくまでも「ルートの中は実数で、2乗したらその数になるような2つの数のうち正のものを表す記号」と定義されます。例外的に $\sqrt{0}=0,\sqrt{-a}=\sqrt{a}i$(a>0) なら使えます。 解の公式を機械的に使ってしまうとルートの中に虚数が来てしまいますが、そのように書いてはいけないのです。正とか負は決まらないのですから。そこはルート記号ではなく、あくまでも<2乗したら21+20iになるような複素数のうちの一つ>と書くべきなのです。それは、解の公式を作る途中を考えてみれば、$(x-\dfrac{b}{2a})^2=\dfrac{b^2-4ac}{4a^2}$ としてから(ここまではa,b,c,xが虚数でも正しい変形です)、$\dfrac{b^2-4ac}{4a^2}$ が実数なのでルート記号を用いられるのです。$\dfrac{b^2-4ac}{4a^2}$ が虚数になってしまったら、ルート記号を使えず、あくまでも<2乗したら21+20iになるような複素数のうちの一つ>と書くべきなのです。 これで大丈夫ですか? 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、まえのようにコメント欄に何か返事を書いてください。よろしく。
    鴇田 和也 (id: 3441) (2024年8月28日15:49)
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    だいたい理解できたと思います! 追加で2つ質問があります。 ➀僕の理解だと、やはり√21+20iは5+2i,-5-2iのどちらか一方が本当の値であってもう一方は間違いであるということで合ってますか? ➁この回答者は「5+2iと-5-2iという符号だけ値が出てラッキー。どっちが答えでも同じだねー」という感じではなく、「符号違いの値が出てくるのは解く前から知ってました!」という感じが回答から匂います。 符号違いの答えが出ることは必然なのですか? 理由も含めて回答お願いします!

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2024年8月28日16:37)
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    ①違います。√(21+20i) という書き方は本来はないのです!そんな風に書くからあなたの疑問が出てくるのですね。2乗したらある虚数になるような複素数は必ず±で2つあります。α²=zなら(-α)²もzですからね。でも、たとえばα=3-2iのとき、√zをαにするのかーαにするのか決め方のルールがありません。正の方とか言えないからです。 ②はい、もちろん±αが得られることは知っています。上に書いたように、α²がzなら(-α)²もzだからです。符号違いの虚数が出てくるのは必然です! これで解決しますか?

    鴇田 和也 (id: 3441) (2024年8月28日18:27)
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    回答ありがとうございます! 結構考えて理解できた感じがしますが、確認のために語ります。 ➀√21+20iは2乗すると21+20iになる数の“正の方”という意味になりそうだが、虚数に正負はないため、5+2iと-5-2iのどちらかが正解(?)という風にはできない。 だから、√21+20iという書き方はダメである。 なのでこの参考書では、√21+20iを21+20iの正負を指定しない単なる平方根という意味で書いているため、どちらも正解(?)としている。 このような解釈で合ってますか? ➁は理解できました! また、追加で質問です! この参考書のように回答の途中とはいえ、√の中に虚数が含まれる形を書いたら減点対象ですか?

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2024年8月28日20:03)
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    ①ま、そんなところかも。「解の公式を使っちゃうとこんな式になっちゃうでしょ」というつもりでわざわざこういう表記をしたんだと思います。正しい書き方ではないです。 追加の質問:たぶん減点でしょう。少しだとは思いますが。ただし、そのあとちゃんと平方根を求める答案があれば、ですよ。ルートの中に虚数を書いて、それ以上きれいにしないのでは✖になるでしょう。 あくまでも私見ですよ。

    鴇田 和也 (id: 3441) (2024年8月28日20:54)
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    ありがとうございました! また質問するときはよろしくお願いします。

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2024年8月28日21:15)
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    お待ちしています!

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