東工大数学'20年前期[2]

複素数平面上の異なる3点A,B,Cを複素数α,β,γで表す。ここでA,B,Cは同一直線上にないと仮定する。
(1) △ABCが正三角形となる必要十分条件は、
であることを示せ。
(2) △ABCが正三角形のとき、△ABCの外接円上の点Pを任意にとる。このとき、
および
を外接円の半径Rを用いて表せ。ただし、2点X,Yに対し、XYとは線分XYの長さを表す。


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解答 1の3乗根ω()の性質、,をフル活用します。

(1) 題意の条件の下に、
△ABCが正三角形 ⇔ 点Aの周りに点Bを回転すると点C
⇔
ここで、なので、とおくと、
⇔ ⇔ ⇔ ⇔
従って、 ⇔
展開して整理すると、

∴
よって、△ABCが正三角形となる必要十分条件(条件・命題、複素数の図形的応用を参照)は、

(2) △ABCの外接円の中心が原点Oで、円上に反時計回りにA,B,Cの順に並んでいるとして、一般性を失いません。△ABCが正三角形のとき、より、として、,,
また、,,より、,より、,,
Pを表す複素数をpとして、,これらを使って、
 ・・・�@

 ・・・�A

 ・・・�B
�@+�A+�Bより、
......[答]

 ・・・�C
 ・・・�D
 ・・・�E
�C+�D+�Eより、
......[答]



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