w=αz+β による円の移り先(B)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: w=αz+β による円の移り先(A) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
$w=(1+\sqrt{3}i)z$ とする.
\begin{enumerate}
\item[(1)] 点 $z$ が直線 $\mathrm{Re}\,z=1$(実部が $1$ の点全体)上を動くとき,点 $w$ が描く図形の方程式を $w=u+vi$($u$,$v$ は実数)として $u$,$v$ で表せ.
\item[(2)] 点 $z$ が円 $|z-1|=1$ 上を動くとき,点 $w$ が描く図形を求めよ.
\end{enumerate}
$1+\sqrt{3}i=2\left(\cos\dfrac{\pi}{3}+i\sin\dfrac{\pi}{3}\right)$ であるから,0 でない複素数 $z$ に $1+\sqrt{3}i$ を掛けることは,点 $z$ を原点を中心に $\dfrac{\pi}{3}$ だけ回転し,原点からの距離を 2 倍することである.
(1) $z=\dfrac{w}{1+\sqrt{3}i}=\dfrac{(1-\sqrt{3}i)w}{4}$.$w=u+vi$ を代入すると
\[ z=\frac{(1-\sqrt{3}i)(u+vi)}{4}=\frac{u+\sqrt{3}v}{4}+\frac{v-\sqrt{3}u}{4}i \]
実部が $1$ であるから $u+\sqrt{3}v=4$.点 $w$ は直線 $u+\sqrt{3}v=4$ を描く.
(直線 $x=1$ を $\dfrac{\pi}{3}$ 回転し 2 倍に拡大した直線で,原点からの距離は $2$ になる.)
(2) $z=\dfrac{w}{1+\sqrt{3}i}$ を代入して
\[ \left|\frac{w}{1+\sqrt{3}i}-1\right|=1 \quad\text{より}\quad |w-(1+\sqrt{3}i)|=|1+\sqrt{3}i|=2 \]
よって,点 $w$ は点 $1+\sqrt{3}i$ を中心とする半径 $2$ の円を描く.
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