(98 日本女子大・理)

複素数平面の原点を、P0とし、P0から実軸の正の方向に1進んだ点をPとする。
                                                                     1
次に、P1を中心として45°回転して向きを変え、---- 進んだ点をPとする。
                                                                   浮Q
以下同様に、Pに到達した後、45°回転してから前回進んだ距離の1/浮Q倍進んで
到達する点をPn+1とする。
この時、点P10が表す複素数を求めよ。

 ま、よーするに左のような動きを繰り返してゆくわけですわ。その10回目はどこにおるかっちゅーこと。
 
 
 

【解】  

 
 ---→     ---→
n+1は、Pn−1を45°回転して、1/浮Q倍したものだから、
                1
   α=----(cos45゜+isin45   となり、
              浮Q
       1
     =----(1+i……………………@ と書ける。
        2

           --→   --→    --→
ここで、P,P,P,・・・・・・・・を表す複素数は、順に1,α,α,・・・・となる。
よって、
 --→      --→    --→    --→                   --→
10=P+P2++・・・・・・+P10を表す複素数は、
初項1,公比αの等比数列の第10項までの和にあたり、
                                                      1−α10
       1+α+α+・・・・・・・+α=----------        ・・・・・・・・・・Aを得る。
                                                       1−α
ここで、
                     1   10
       α10=(----)  {cos(45°×10)+isin(45°×10)}
                   浮Q

                     i
               =---    ・・・・・・・・B  より、
                   32

よって、@Bより、Aは
                             i
                  1−  ----
                           32
       A=---------------
                        1
                1− ---(1+i)
                        2

                 32−i
          =---------
              16−16i

             33      31
          =--- + ---i
             32      32
 
 

ところがこの問題は、正方形を作図することによって、中学生でも次のように解けるのじゃ。