w=(z+a)/(z−1) による図形の移り先(A)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: w=(z+a)/(z−1) による図形の移り先(B) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
$w=\dfrac{z+1}{z-1}$($z\neq 1$)とする.
\begin{enumerate}
\item[(1)] 点 $z$ が単位円 $|z|=1$ 上($z\neq 1$)を動くとき,点 $w$ が描く図形を求めよ.
\item[(2)] 点 $z$ が虚軸上を動くとき,点 $w$ が描く図形を求めよ.
\end{enumerate}
$w(z-1)=z+1$ より $(w-1)z=w+1$.$w=1$ とすると $0=2$ となり不適であるから $w\neq 1$ で
\[ z=\frac{w+1}{w-1} \]
(1) $|z|=1$ より $|w+1|=|w-1|$.これは 2 点 $-1$,$1$ から等距離の点全体で,虚軸である.
よって点 $w$ は虚軸全体を描く(虚軸上の任意の点 $w$ に対し,$z=\dfrac{w+1}{w-1}$ は $|z|=1$,$z\neq 1$ を満たす).
(2) $z$ が虚軸上にあるための条件は $z+\overline{z}=0$.
\[ \frac{w+1}{w-1}+\frac{\overline{w}+1}{\overline{w}-1}=0 \]
分母を払って $(w+1)(\overline{w}-1)+(\overline{w}+1)(w-1)=0$,整理すると $2w\overline{w}-2=0$.よって $|w|=1$
$w\neq 1$ であるから,点 $w$ は単位円から点 $1$ を除いた図形を描く.
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