複素数で外心を求める(B)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: 複素数で外心を求める(A) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
3 点 $\mathrm{A}(1+i)$,$\mathrm{B}(5+i)$,$\mathrm{C}(3+5i)$ を頂点とする $\triangle\mathrm{ABC}$ の外心を表す複素数を,$|z-\alpha|^2=(z-\alpha)(\overline{z}-\overline{\alpha})$ を用いて求めよ.
$\alpha=1+i$,$\beta=5+i$,$\gamma=3+5i$ とし,外心を $\mathrm{P}(z)$ とする.$\mathrm{PA}=\mathrm{PB}$ より $|z-\alpha|^2=|z-\beta|^2$ であるから
\[ z\overline{z}-\overline{\alpha}z-\alpha\overline{z}+|\alpha|^2=z\overline{z}-\overline{\beta}z-\beta\overline{z}+|\beta|^2 \]
すなわち $(\overline{\beta}-\overline{\alpha})z+(\beta-\alpha)\overline{z}=|\beta|^2-|\alpha|^2$.$\beta-\alpha=4$,$|\beta|^2-|\alpha|^2=26-2=24$ より
\[ 4z+4\overline{z}=24 \quad\text{すなわち}\quad z+\overline{z}=6 \quad\cdots\text{①} \]
同様に $|z-\alpha|^2=|z-\gamma|^2$ から,$\gamma-\alpha=2+4i$,$|\gamma|^2-|\alpha|^2=34-2=32$ より
\[ (2-4i)z+(2+4i)\overline{z}=32 \quad\cdots\text{②} \]
$z=x+yi$ とすると,① より $x=3$,② より $2(2x+4y)=32$ すなわち $x+2y=8$.よって $y=\dfrac{5}{2}$
外心は $3+\dfrac{5}{2}i$(半径は $\sqrt{2^2+\left(\frac{3}{2}\right)^2}=\dfrac{5}{2}$)
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