z の累乗を頂点とする三角形の形から z を求める(A)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: z の累乗を頂点とする三角形の形から z を求める(B) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
複素数 $z$ について,3 点 $\mathrm{A}(1)$,$\mathrm{B}(z)$,$\mathrm{C}(z^2)$ が正三角形の頂点となるような $z$ をすべて求めよ.
3 点が異なるためには $z\neq 1$,$z^2\neq 1$,$z^2\neq z$,すなわち $z\neq 0,\ \pm 1$ が必要である.
$\triangle\mathrm{ABC}$ が正三角形であるための条件は $\dfrac{z^2-1}{z-1}=\cos\left(\pm\dfrac{\pi}{3}\right)+i\sin\left(\pm\dfrac{\pi}{3}\right)$($\mathrm{AC}$ は $\mathrm{AB}$ を $\pm\dfrac{\pi}{3}$ 回転したもの)
$z\neq 1$ より $\dfrac{z^2-1}{z-1}=z+1$ であるから
\[ z+1=\frac{1\pm\sqrt{3}i}{2} \quad\text{よって}\quad z=\frac{-1\pm\sqrt{3}i}{2} \]
これは $z\neq 0,\ \pm 1$ を満たす.
(このとき $z^3=1$ で,3 点 $1$,$z$,$z^2$ は 1 の 3 乗根である.)
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