問1
A(1,0) B (-1,0) C(0,-1)において ∠APC=∠BPC を満たす 、平面上のPの軌跡を求めよ。
この問題なのですが、数2bまでの考え方(tan cos)を使ってたかやり方が面倒なために、 問1の問題を複素数(数?V)のargの考え方を使おうと考えたのですが、 結局できずじまいです。 どなたか、教えていただけませんでしょうか?
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No.59583 - 2019/07/01(Mon) 16:25:44
| ☆ Re: / 竜胆 | | | 自分で実験したところ、答えはx軸(x>1), y軸(y≠-1),単位円(y>0)だと思われます。
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No.59584 - 2019/07/01(Mon) 16:27:45 |
| ☆ Re: / らすかる | | | No.59585 - 2019/07/01(Mon) 17:11:09 |
| ☆ Re: / 竜胆 | | | らすかるさんその通りですね。
自分はこの結果はお絵かきをして得たものであるので、まだ抜けがあるかもしれません。
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No.59586 - 2019/07/01(Mon) 17:16:26 |
| ☆ Re: / X | | | P(x,y)と置くと、題意を満たすためには (↑PAと↑PCのなす角)=(↑PBと↑PCのなす角) ∴(↑PA・↑PC)/(|↑PA||↑PC|)=(↑PB・↑PC)/(|↑PB||↑PC|) これより (↑PA・↑PC)|↑PB|=(↑PB・↑PC)|↑PA| (A) かつ |↑PA||↑PB||↑PC|≠0 (B) ここで ↑PA=(1-x,-y) ↑PB=(-1-x,-y) ↑PC=(-x,-1-y) となるので(A)は {(1-x)(-x)-y(-1-y)}√{(1+x)^2+y^2}={(-1-x)(-x)-y(-1-y)}√{(1-x)^2+y^2} {x(x-1)+y(1+y)}√{(1+x)^2+y^2}={x(1+x)+y(1+y)}√{(1-x)^2+y^2} (x^2-x+y^2+y)√{(1+x)^2+y^2}=(x^2+x+y^2+y)√{(1-x)^2+y^2} (A)' 両辺を二乗して {(1+x)^2+y^2}(x^2-x+y^2+y)^2={(1-x)^2+y^2}(x^2+x+y^2+y)^2 {(1+x)(x^2-x+y^2+y)}^2-{(1-x)(x^2+x+y^2+y)}^2=(y^2){(x^2+x+y^2+y)^2-(x^2-x+y^2+y)^2} {(1+x)(x^2-x+y^2+y)+(1-x)(x^2+x+y^2+y)}{(1+x)(x^2-x+y^2+y)-(1-x)(x^2+x+y^2+y)}=(y^2)(2x)・2(x^2+y^2+y) {(1+x)(x^2+y^2+y-x)+(1-x)(x^2+y^2+y+x)}{(1+x)(x^2+y^2+y-x)-(1-x)(x^2+y^2+y+x)}=4x(y^2)(x^2+y^2+y) {(1+x)(x^2+y^2+y)-x(1+x)+(1-x)(x^2+y^2+y)+x(1-x)}{(1+x)(x^2+y^2+y)-x(1+x)-(1-x)(x^2+y^2+y)-x(1-x)}=4x(y^2)(x^2+y^2+y) {2(x^2+y^2+y)-2x^2}{2x(x^2+y^2+y)-2x}=4x(y^2)(x^2+y^2+y) {(x^2+y^2+y)-x^2}{x(x^2+y^2+y)-x}=x(y^2)(x^2+y^2+y) x(y^2+y)(x^2+y^2+y-1)=x(y^2)(x^2+y^2+y) x{(y^2+y)(x^2+y^2+y-1)-(y^2)(x^2+y^2+y)}=0 x{(y^2+y)(x^2+y^2+y)-(y^2+y)-(y^2)(x^2+y^2+y)}=0 x{y(x^2+y^2+y)-(y^2+y)}=0 xy{(x^2+y^2+y)-(y+1)}=0 xy(x^2+y^2-1)=0 ∴ x=0 (C) y=0 (D) x^2+y^2=1 (E)
さて(A)'のとき、両辺を二乗しているので (C)(D)(E)のとき(A)'が成立する条件を確認する 必要があります。
(i)(C)のとき (A)'は (y^2+y)√(1+y^2)=(y^2+y)√(1+y^2) ∴任意のyに対し、成立。 又(B)より y≠-1
(ii)(D)のとき (B)より x≠-1かつx≠1 又、(A)'は (x^2-x)|1+x|=(x^2+x)|1-x| (A)" (I)x<-1のとき (A)"は -(x^2-x)(1+x)=(x^2+x)(1-x) x(x-1)(x+1)=x(x+1)(x-1) これはx<-1なる任意のxに対し成立。 (II)-1<x<1のとき (x^2-x)(1+x)=(x^2+x)(1-x) ∴x(x-1)(1+x)=0 ∴x=0 (III)1<xのとき (A)"は (x^2-x)(1+x)=-(x^2+x)(1-x) x(x-1)(x+1)=x(x+1)(x-1) これは1<xなる任意のxに対し成立。
以上から(D)のとき x<-1,x=0,1<x 但しx=0のときは(i)の場合に含まれます。
(iii)(E)のとき (A)'は (1-x+y)√(2x+2)=(1+x+y)√(2-2x) (1-x+y)√(x+1)=(1+x+y)√(1-x) {√(1-x^2)-y}{√(1-x)-√(1+x)}=0 ∴√(1-x)=√(1+x) (E)' 又は y=√(1-x^2) (E)" (E)'よりx=0 (E)"よりy≧0となりますがy=0のときは (B)が成立しないので y>0
以上から求める条件は x=0(y≠-1) 又は y=0(x<-1,1<x) 又は x^2+y^2=1(0<y) となります。
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No.59587 - 2019/07/01(Mon) 18:02:45 |
| ☆ Re: / 竜胆 | | | Xさんありがとうございました。
この問題は複素数で解くことはできないのでしょうか? A(1) B(-1) C(-i) P(p)と置いて、 PC↑からPA↑まだ測った角、 arg(1-p)/(-i-p) PB↑からPC↑まで測った角 arg(i-p)/(-1-p) において、 ∠APC-∠BPC=arg± [{(1-p)/(-i-p)}/{(i-p)/(-1-p) }] となり、arg± [{(1-p)/(-i-p)}/{(i-p)/(-1-p) }] が2nπとなればよく、
± [{(1-p)/(-i-p)}/{(i-p)/(-1-p) }]が正の実数となれば良いとして、求めようとしたところ、 上手くいきませんでした。
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No.59608 - 2019/07/02(Tue) 16:50:26 |
| ☆ Re: / IT | | | 細かいところはおいといて
arg((1-p)/(i-p))=arg((-1-p)/(i-p)) ⇔ arg(1-p)=-arg(-1-p) #間違えてたので直しました。 ⇔ 1-p=k(-1-p) ,k は正の実数 ⇔ p=-(k+1)/(k-1) ,k は正の実数 ⇔ pは実数で p<-1またはp>1
または、 arg((1-p)/(i-p))=-arg((-1-p)/(i-p)) ⇔ arg((1-p^2)/(i-p)^2)=0
⇒ (1-p^2)/(i-p)^2=(1-p^2)~/((i-p)^2)~ #ここで(1-p^2)/(i-p)^2が0以下の実数の場合を除かないと同値ではないですね。 ⇔ (1-p^2)(-i-p~)^2=(1-p^2)~(i-p)^2 ⇔ (1-p^2)(p~^2+2ip~-1)=(1-p~^2)~(p^2-2ip-1) ⇔ p~^2+2ip~-1 -|p|^4-2i(p^2)p~+p^2=p^2-2ip-1-|p|^4+2ip(p~)^2+p~^2 ⇔ 2ip~-2i(p^2)p~=-2ip+2ip(p~)^2 ⇔ p~-(p^2)p~=-p+p(p~)^2 ⇔ -p~+p|p|^2=-p+p~|p|^2 ⇔ (|p|^2-1)(p+p~)=0
p~ はpの共役複素数です。
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No.59619 - 2019/07/03(Wed) 00:41:49 |
| ☆ Re: / X | | | ITさんの計算に補足する形で。
複素平面を直線AB,BCで4つの領域(境界含まず)に分割し AB,BCいずれから見ても上側になる領域をI,以下Iから 反時計回りにII,III,IVと領域に名前を付けます。
このとき 領域IVに点Pが存在する場合がITさんの前半の条件である >>arg((1-p)/(i-p))=arg((-1-p)/(i-p)) であり、 領域IIIに点Pが存在する場合がITさんの後半の条件である >>arg((1-p)/(i-p))=arg((-1-p)/(i-p)) となっています。
ちなみに 領域IIに点Pが存在する場合は -arg((1-p)/(i-p))=-arg((-1-p)/(i-p)) これは arg((1-p)/(i-p))=arg((-1-p)/(i-p)) となって領域IVに点Pが存在する場合と同じであり、 又 領域Iに点Pが存在する場合は -arg((1-p)/(i-p))=arg((-1-p)/(i-p)) これは arg((1-p)/(i-p))=-arg((-1-p)/(i-p)) となって領域IIIに点Pが存在する場合と同じ となります。
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No.59630 - 2019/07/03(Wed) 17:50:41 |
| ☆ Re: / 竜胆 | | | No.59633 - 2019/07/03(Wed) 19:25:55 |
| ☆ Re: / IT | | | 竜胆さんの > PB↑からPC↑まで測った角 > arg(i-p)/(-1-p) が間違いですね、arg((-i-p)/(-1-p)) です。
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No.59634 - 2019/07/03(Wed) 19:32:02 |
| ☆ Re: / 竜胆 | | | すいません、いくつか質問があります。 1つ目 ITさんはPCからPAまで測った角とPCからPBまで測った角を比べていますか? そうすると、arg((1-p)/(i-p))=arg((-1-p)/(i-p)) ではなくarg((1-p)/(-i-p))=arg((-1-p)/(-i-p)) になると思うのですが
2つ目 仮に、1つ目があっていたとして、 arg((1-p)/(i-p))=arg((-1-p)/(i-p)) ⇔ arg(1-p)=-arg(-1-p) の、部分で - がつくのは何故ですか? arg(1-p)= arg(-1-p) ではないのですか?
3つ目 1-p^2)/(i-p)^2が0以下の実数の場合を除かないと同値ではない この場合はどのようにして別に考えるのでしょうか?
4つ目 Xさんへ 領域についての対応についてなのですが、 領域1と3が 後の考え、2と4が先の考えだとしたら、 領域4も後の考え方にに入っていないと、 答えは-2iを除く虚軸であることに反しませんか?
5つ目 Xさんへ XさんもPCからPAまで測った角とPCからPBまで測った角を比べていますか?
もしそうならば、 領域1 PCからPAまで測った角は、反時計回りとPCからPBまで測った角は 時計回り 領域2PCからPAまで測った角は、反時計回りとPCからPBまで測った角は 反時計回り 領域3PCからPAまで測った角は、反時計回りとPCからPBまで測った角は 反時計回り 領域4PCからPAまで測った角は、時計回りとPCからPBまで測った角は 時計回り となって、
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No.59764 - 2019/07/09(Tue) 17:29:41 |
| ☆ Re: / 竜胆 | | | 領域1がarg((1-p)/(i-p))=-arg((-1-p)/(i-p)) 領域2、3.4がarg((1-p)/(i-p))=arg((-1-p)/(i-p)) となりませんか?
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No.59765 - 2019/07/09(Tue) 17:31:35 |
| ☆ Re: / X | | | >>4つ目 反していません。 恐らく、 原点中心、半径1の円 (P) がIVの領域に入ってくるものと 思われての質問だと思われますが、 IVの領域には(P)は含まれません (図を正確に描いてみて下さい) ので領域IIに関する条件式を変形して |z|=1 を導く項が含まれていたとしても それは領域IVにおいては解とはなりません。
>>答えは-2iを除く虚軸 答えは「-i」を除く虚軸、のタイプミスですか?
>>5つ目 >>領域3PCからPAまで測った角は、反時計回りとPCからPBまで測った角は 反時計回り 間違っています。 領域IIIにおいてPCからPAまで測った角は 「時計回り」 となります。
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No.59770 - 2019/07/09(Tue) 18:21:56 |
| ☆ Re: / 竜胆 | | | Xさん 4つ目 いえ、原点中心、半径1の円 (P) がIVの領域に入ってくる」のではなく、 -iを除く虚軸は領域1.2.4に入っていらと自分は考えています。 -2iはタイプミスです。ごめんなさい。
5つ目 XさんもPCからPA、PBまで測った角 で考えているのでしたら、arg((1-p)/(i-p))=arg((-1-p)/(i-p)) ではなくて、arg((1-p)/(-i-p))=arg((-1-p)/(-i-p)) ではないでしょうか?
>領域IIIにおいてPCからPAまで測った角は 「時計回り」 となります。
すいません、何度考えても反時計回りになってしまいます。 画像を添付するので見ていただけますか?
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No.59773 - 2019/07/09(Tue) 19:03:00 |
| ☆ Re: / IT | | | No.59775 - 2019/07/09(Tue) 19:44:33 |
| ☆ Re: / X | | | >>すいません、何度考えても反時計回りになってしまいます。
ごめんなさい。No.59630で 複素平面を分割する直線を AB,BC としていましたが、正しくは CA,BC です。 それを踏まえてもう一度考えてみて下さい。
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No.59779 - 2019/07/10(Wed) 06:06:24 |
| ☆ Re: / 竜胆 | | | Xさんありがとうございます。 もう一度考えてみます。
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No.59791 - 2019/07/10(Wed) 21:16:01 |
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