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分母の i はどうやって消すのか?複素数の除法と分母の実数化

のままでは、実部も虚部も読めません。複素数の答えは の形にそろえます。

分母に が残っているかぎり、この形にはならない。分母を実数に変えるところが、割り算の中心になります。

虚部の符号を変えた数をかける

分母が なら、分母と分子の両方に をかける。

をあてただけ。 に変わるため、 の項が残りません。

分母の虚部の符号を変えた数を用意する

分母と分子の両方にかける

分母は c と d の 2 乗和という実数になる

が同時に でなければ で割ることにはなりません。

根号のときと同じ手つき

実数でも の分母に根号が残ると値が読めず、 をかけて片づける。

分母を有理化するときと、やっていることが同じ。邪魔なものと符号違いの相手をかけて、和と差の積で消す。

複素数では のため、 の有理化で が残るのと同じ場所に が残る。

例:

分母が だから、 をかける。

分母の と約分できて、答えは

もとの式に戻して確かめる。 で、たしかに です。

例:

分母が なので をかける。

答えは 。実部と虚部に分けたところまで書いて終わりです。

分子の になり、実部が から へ減っている。ここを の項のまま残すと という別の値になります。

符号をそろえてかけると失敗する

分母と同じ をかけたらどうなるか、見ておきます。

分母に が残ったまま。符号を変えるところが効いています。

虚部の符号を変えてかける

分母は で実数になる

同じ数をかける

分母は が残る

分母が純虚数なら を 1 つ

分母が のように実部を持たないときは、 を 1 つかければ足りる。

をかけても同じ答えに着きますが、数が大きくなります。実部が のときは だけで済む。

の逆数まわりは、符号が入れかわった形になります。

逆数の形

の逆数は、共役を で割った形になります。

という関係が、そのまま分母に現れている。

なら で、。かけ戻すと になります。

の形にするとどれですか。

__RESULT__

分母と分子に をかけると です。分母の で約分し忘れると の形になります。

例:

分母に をかけます。

実部が になり、答えは 。分子と分母が で約分できて、純虚数だけが残りました。

の実部と虚部を入れかえて符号を変えると になる。この関係があるときは、商が純虚数になります。

例:

乗を足がかりにすると、指数が大きくても短く済みます。

だから

より

分母が実数の になったため、実数化はいりません。先に 乗でまとめておくと、分母から が消えることがあります。

商が実数になる

が実数になる を求めます。分母に をかけて の形へ。

実数になるのは虚部が のとき、つまり 。このとき値は になる。

純虚数になるのは実部が で虚部が でないとき。 から で、 も満たしています。

の値はどれですか。

__RESULT__

分母と分子に をかけると です。 で分母の符号が変わるところを飛ばすと になります。

例:

分母と分子に をかけると、分子が にまとまる。

この分数はちょうど 。だから累乗も の周期の話に変わります。

で割った余りが 。分数のまま 乗するかわりに、先に へ直しておく。

例:分数の中に分数がある形

を計算します。内側から片づける。

なので、分母は

答えは になります。内側の分数を先に へ直しておけば、外側は 1 回の実数化で済む。

割り算のたびにやることは 1 つで、分母の虚部の符号を変えた数をかけるところ。 が分母から を追い出し、残った実数で全体を割れば の形に落ち着きます。

$\dfrac{3+i}{1-2i}$ のままでは実部も虚部も読めません。分母の虚部の符号を変えた $1+2i$ を分母と分子にかけると、分母が $1^2 + 2^2 = 5$ の実数に変わります。和と差の積が $2$ 乗の差になる形を使うので $i$ の項が消える。根号の有理化と同じ手つきです。分母が純虚数なら $i$ を 1 つかけるだけで足り、逆数は $\dfrac{1}{a+bi} = \dfrac{a-bi}{a^2+b^2}$。商が実数や純虚数になる $k$ を決める型、$\dfrac{1+i}{1-i} = i$ を経由した $2026$ 乗まで。