解決済み

問題:複素数zが絶対値が1,z^3-zは実数,という条件を満たしているzの値と個数を求めよ。

この問題について色々式変形すると、z^2+zの共役の二乗=0という式が出てくるんですが、ここでz=a+biとおくとa^2=b^2と出てきます。解答によるとこれは正しくないらしいんですがなにが違うのでしょうか。


ベストアンサー

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間違っているというか、式変形で条件が抜け落ちてしまっている気がします。


z3zRz^3-z \in \mathbb{R}より、z3z=(z3z)z^3-z=\overline{(z^3-z)}

ここで、z=1|z|=1よりz2=1|z|^2=1

zz=1z\overline{z}=1

z=1z\overline{z}=\frac{1}{z}


よって、z3z=1z31zz^3-z=\frac{1}{z^3}-\frac{1}{z}

両辺z3z^3倍して整理すると、

z6z4+z21=0z^6-z^4+z^2-1=0

(z4+1)(z21)=0(z^4+1)(z^2-1)=0

z4+1=0またはz21=0z^4+1=0またはz^2-1=0


この式のz4+1=0z^4+1=0を両辺z2z^2でわると、z2+z2=0z^2+\overline{z}^2=0が得られます。

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