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次の図では,A,B に対して,A*B が作図+−−−−−−−−−−−−−−−−−−−+ されているわけだが,たとえば, | | (1)Aを実軸上を動かすと,A*B はどういう| | 動きをするか。 | | (2)Aを虚軸上を動かすと,A*B はどういう| | 動きをするか。 | | (3)Aを適当な直線上を動かすと... | | (4)Aを円上を動かすと... | | というような問いを考えることができる。+−−−−−−−−−−−−−−−−−−−+
次の図では,z に対して,1/z を作図し+−−−−−−−−−−−−−−−−−−−+ ている。さて, | | (1) z を直線上を動かしたとき,1/z の軌| | 跡はどうなるだろう。 | | (2) z を円上を動かしたとき,1/z の軌跡| | はどうなるだろう。 | | というような問いが作れる。 | | | | +−−−−−−−−−−−−−−−−−−−+
を考えてみよう。
実数の範囲を考えれば,「ない」。実際,グラフを描いてみると,
だから,大体, 次のようなグラフになる。x 軸との交点がないのだから,解がないという
のは,とても妥当なように思える。
さて,解の公式を使って,
−1±√(1−4) x=−−−−−−−−− 2を考えると,ルートの中で負だったら,そこをiを使えばいいじゃないという雰囲気もす るし,実際,高校では,それが妥当なものとして扱われるわけだが,さて,
という素朴な疑問が湧かないだろうか。
あるいは,
と思わないだろうか。
実際,関数のグラフが納得いく人にとっては,形式的に定義することや,そう定義する
と解になることは納得できても,何か合点がいかないなあと,不思議に思えるはずだと思
うのだが。
(2) 多項式を「平面から平面への対応」として「作図」する
さて,
について考えるために,
z :独立な点 z2 :「巾」によって作れる点 z2 +z :z2 とzの和 1 :定数(点) z2 +z+1:(z2 +z)と1の和と考えれば,作図をすることができる。対応が明確に分かるようにするためには,他の点 は「消して」しまう方がいいと思う。
(3) zを適当に動かしてみる。
まずは,zを適当に動かしてみよう。動かす点と動く点と二つある。一方は定義域にあ
り,一方は値域にあると思おう。実数値関数の場合には,
| | : P(x,f(x)) | の動きを観察 −−−−−+−−−−−−定義域 | | 値域 ということになるが,複素数でこれをするには4次元が必要になるため, | | | | | ・z | | | −−−−−+−−−−−− → −−−−−+−−−−−− | | ×f(z) | | | | | | という二つを並列したものを,更に重ねていると思おう。 +−−−−−−−−−−−−−−−観察結果−−−−−−−−−−−−−−−−−−−+ | | | | | | | | | | | | | | +−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−+
(4) z を実軸上を動かしてみよう
zを実数軸の上を動かしてみると,普通の実数値関数をこのような表しかたで表すとど
うなるかを観察することができる。f(z)は右の方から原点に近づくけれども,また戻
ってしまうことが観察できると思う。
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(5) Zを虚数軸上を動かしてみると
次に,虚数軸を上を動かしてみよう。また,実数軸に平行に動かしたり,虚数軸に平行
に動かしてみたりして,その軌跡を観察してみよう。
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+−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−+ | | | | | | | | | | | | | | +−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−+ 観察結果
(7) 他の多項式についても,同様にして,実験的にいろいろと調べられる。
こんな具合に, いろいろな多項式に関して,その値を実験的に調べることが可能である
。
(2) f(z)=z2 +z +1を原点を中心とする単位円以外の円上で動かし,その軌跡
を調べてみよう。
(3) 3次式などについて,解と像との関係を調べてみると,どうなるか。