偏角の範囲に注意して極形式で表す(B)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: 偏角の範囲に注意して極形式で表す(A) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
$z=1+\cos\theta+i\sin\theta$ を極形式で表せ.ただし,偏角は $0$ 以上 $2\pi$ 未満とする.
\begin{enumerate}
\item[(1)] $0<\theta<\pi$ のとき
\item[(2)] $\pi<\theta<2\pi$ のとき
\end{enumerate}
半角の公式・2 倍角の公式より $1+\cos\theta=2\cos^2\dfrac{\theta}{2}$,$\sin\theta=2\sin\dfrac{\theta}{2}\cos\dfrac{\theta}{2}$ であるから
\[ z=2\cos\frac{\theta}{2}\left(\cos\frac{\theta}{2}+i\sin\frac{\theta}{2}\right) \]
(1) $0<\dfrac{\theta}{2}<\dfrac{\pi}{2}$ より $\cos\dfrac{\theta}{2}>0$.よって
\[ z=2\cos\frac{\theta}{2}\left(\cos\frac{\theta}{2}+i\sin\frac{\theta}{2}\right) \]
が極形式である(絶対値 $2\cos\frac{\theta}{2}$,偏角 $\frac{\theta}{2}$).
(2) $\dfrac{\pi}{2}<\dfrac{\theta}{2}<\pi$ より $\cos\dfrac{\theta}{2}<0$ であるから,絶対値は $-2\cos\dfrac{\theta}{2}$ で
\[ z=-2\cos\frac{\theta}{2}\left\{\cos\left(\frac{\theta}{2}+\pi\right)+i\sin\left(\frac{\theta}{2}+\pi\right)\right\} \]
$\dfrac{3}{2}\pi<\dfrac{\theta}{2}+\pi<2\pi$ で,偏角の範囲も満たしている.
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