科学教育研究生国内短期留学(鹿児島大学) 報告書
 

従来の極限の問題を複素数平面で考える

 極限の代表的問題も,複素数平面の点の一次変換ととらえて,解くこともできる。以下,具体的に表してゆく。

問 右図のように,PがOから順に,P1,P2,P3,……と進む。
  ただし,OP1=1
                        1
            P12=---OP1
                        2
                        1
            P23=---P12
                        2
                  :
                          1
            Pn-1n=---Pn-2n-1
                          2                    Pはどこに近づくか?
 極限

解 一般に点Pnが表す点をZnとかく。ここで,Z1=1である。
      ---→    ----→
      Pn-1n=ZnーZn-1 (n≧2)である。

          --→   ----→     --→  →
        ・P12=Z2ーZ1は,OP1=Z1を90゜回転して,長さを半分にしたものより,

                            1
             Z2ーZ1=---(cos90゜+sin90゜)×1
                            2
                       
                    =---
                         2
          --→   ----→     --→   ----→
        ・P23=Z3ーZ2は,P12=Z2ーZ1を90゜回転して,長さを半分にしたものより,

                            1
             Z3ーZ2=---(cos90゜+isin90゜)×(Z1−Z2)
                            2
                             
                     =---×---
                         2       2
                             2
                     =(---)
                          2
                   :
                   :   一般化させて
 
                                     nー1
             ZnーZnー1= (---)      としてよい。これは,階差数列が
                                  2
                                                                    
                                                     初項---  公比--- を意味するから,
                                                             2           2
 n≧2のとき
                      n-1     k
   Zn=Z1+ Σ (---)
                      k=1 
                                n
                     --- ー (---)             これは,n=1のとき,
                      2         2
         =1+----------------
                                                 Z1=1+0=1となり成り立つ。
                        1ー ---
                               2

 よって,Znの極限 limZnは
                                   n
                       --- ー (---)
                           2        2                     4       2                              4    2
      limZn = lim{1+----------------}  = ----+---   つまり,Znは点(---,---)に近づく。
                                                      5       5                              5      5
                         1ー ---
                                2

 以上のように,一般的には数列の極限の問題ではあるが,複素数の一次変換を使うこと
によって,更に意味が出て来ることが分かる。