頂点のまわりの回転で正三角形・正方形の頂点を求める(B)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: 頂点のまわりの回転で正三角形・正方形の頂点を求める(A) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
複素数平面上の正方形 $\mathrm{ABCD}$ において,$\mathrm{A}(1+2i)$,$\mathrm{B}(4+3i)$ で,頂点 $\mathrm{A}$,$\mathrm{B}$,$\mathrm{C}$,$\mathrm{D}$ はこの順に反時計回りに並んでいる.点 $\mathrm{C}$,$\mathrm{D}$ および正方形の中心を表す複素数を求めよ.
反時計回りであるから,点 $\mathrm{D}$ は点 $\mathrm{B}$ を点 $\mathrm{A}$ を中心として $\dfrac{\pi}{2}$ 回転した点である.点 $\mathrm{A}$,$\mathrm{B}$,$\mathrm{C}$,$\mathrm{D}$ を表す複素数をそれぞれ $\alpha$,$\beta$,$\gamma$,$\delta$ とすると,$\beta-\alpha=3+i$ より
\[ \delta=\alpha+i(\beta-\alpha)=(1+2i)+i(3+i)=(1+2i)+(-1+3i)=5i \]
同様に,点 $\mathrm{C}$ は点 $\mathrm{A}$ を点 $\mathrm{B}$ を中心として $-\dfrac{\pi}{2}$ 回転した点であるから
\[ \gamma=\beta+(-i)(\alpha-\beta)=(4+3i)+(-i)(-3-i)=(4+3i)+(-1+3i)=3+6i \]
($\gamma=\beta+\delta-\alpha$ からも求められる.)
中心は対角線 $\mathrm{AC}$ の中点で $\dfrac{(1+2i)+(3+6i)}{2}=2+4i$
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