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京都大学 2005年度
文系数学 第3問

問題

は0でない相異なる複素数で,を満たすとする.このとき,0,の表す複素平面上の3点を結んで得られる三角形はどのような三角形か.(ただし,複素数に対し,に共役な複素数である.また,複素平面を複素数平面ともいう.)

出典:京都大学 2005年度 前期日程 第2次学力試験 文系 第3問

方針

と置くと,条件は ,すなわち の実部が1であることを表す。したがって と書ける。 なので であり, となる。複素数に を掛ける操作は90度回転なので,点 から見た2辺 が垂直であることを示せばよい。

解答

とおく。 なので,これは定義できる。また であるから,条件は と書ける。

任意の複素数 について, は実部の2倍である。したがって であり,ある実数 を用いて と書ける。もし なら ,すなわち となり, が相異なることに反する。よって である。 だから である。したがって を得る。

複素平面上で,点 を頂点として見ると,点 へ向かうベクトルは であり,点 へ向かうベクトルは である。 を90度回転した複素数であり,実数倍しても向きは同じ直線上にある。したがって は垂直である。

また なので であり,三角形は退化しない。よって,3点 を結んで得られる三角形は,点 に対応する頂点を直角とする直角三角形である。