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複素数の絶対値は根号のまま扱わない〜2 乗して共役の積にする

を根号のまま動かすと、途中でどうにも展開できなくなります。 乗して共役の積に置きかえるところから始める。

を入れれば で、たしかに 。根号が消えたぶん、あとは積の展開で進む。

を展開する

乗を共役の積に直し、 を使って開きます。

真ん中の 2 項は、たがいに共役。 だから、足すと実部の 倍で実数になります。

引き算のほうは真ん中の符号が変わるだけ。

の関係と同じ形で並ぶ。

例: から

まず真ん中の項を求めます。 に当てはめる。

。これを引き算のほうへ入れます。

絶対値は 以上なので 。真ん中の項が実数と分かっているから、そのまま数として動かせます。

対角線の 乗を足すと辺の 乗の和になる

上の 2 本を足すと、真ん中の項が打ち消し合います。

、右辺は 。合っています。

平行四辺形でいえば、2 本の対角線の 乗の和が、4 辺の 乗の和に等しいという関係。中線定理と同じ中身です。

canvas: 絵を作れませんでした

そのまま計算する場合

数が具体的に与えられていれば、定義に入れるほうが早い。

実数と純虚数のところは、根号を通しても実数の絶対値に戻ります。

積と商は先にほどく

を使えば、展開せずに済みます。

なら 。展開してから測っても になり、同じ値です。

。分母の実数化をしなくても長さは決まる。

のとき、 はどれですか。

__RESULT__

対角線の関係から なので です。 から を引かずに足した形になります。

のとき

の両辺を で割ると、共役が逆数に化けます。

単位円の上の点だけで通る関係で、共役を分数に置きかえられるぶん式が動かしやすくなる。

のとき を比べてみます。どちらも 乗して展開する。

同じ式になりました。 のあいだ、この 2 つの長さはいつも等しい。

2 点の隔たり

と点 の距離は 。座標でいえば そのものです。

なら で、距離は

の値はどれですか。

__RESULT__

で、絶対値は積をまたいで通るため です。 で、根号を落としたまま 乗した形になります。

絶対値の問題は、根号を相手にするのではなく に置きかえるところから動きます。展開したあとに残る が実数だと分かっているため、そこから先はふつうの式変形です。

$|z| = \sqrt{a^2+b^2}$ を根号のまま動かすと途中で詰まります。$|z|^2 = z\overline{z}$ に置きかえると、絶対値の問題が積の展開に変わる。$|z_1 + z_2|^2 = |z_1|^2 + z_1\overline{z_2} + \overline{z_1}z_2 + |z_2|^2$ で、真ん中の 2 項はたがいに共役だから実数です。$|z|=2$、$|w|=3$、$|z+w|=4$ から $|z-w| = \sqrt{10}$ を出す型、対角線の 2 乗の和が辺の 2 乗の和になる関係、$|z|=1$ のとき $\overline{z} = \dfrac{1}{z}$ を使う計算まで。