【質問】数学:方程式で共役な複素数も解になることの証明、の途中計算について

〔質問〕
a, b, c, d を実数とするとき、3次方程式 ax3+bx2+cx+d=0 が複素数の解 x=α をもつとき、その共役な複素数も解であることを証明せよ
この問題で x=αバー を①に代入して
\[\ a \times \overline{ \alpha^{3} } + b \times \overline{ \alpha^{2} } + c \times \overline{ \alpha } +d=0 \]
この式が、
\[\overline{ a } \times \overline{ \alpha^{3} } + \overline{ b } \times \overline{ \alpha^{2} } + \overline{ c } \times \overline{ \alpha } +\overline{ d }=0 \]
となるのはなぜですか?
〔回答〕
まず、冒頭に、「複素数の解 x=α をもつとき」というのは「a・α3+b・α2+c・α+d=0」というところまでしかできません。方程式に x=αバー を代入することはできませんので注意してください。
むしろ、「a・α3+b・α2+c・α+d=0」を変形していった結果、「方程式に x=αバー を代入した形」を導く、というのが正しいやり方になります。
 
それはさておき、質問の箇所については、共役な複素数を考える際に実数を取り出せるかどうか、ということですが、この手の複素数の計算では基本に立ち返って、(a+bi) 型の表現方法で確認すればわかりやすいです。
今回の場合、例えば最初の項について a=x1+0・i, α3=x2+y2・i とおくと(x1, x2, y2 は実数)、
(質問文とは計算の向きが逆ですが)
\[\overline{a \times \alpha ^{3} } \]
\[\ = \overline{ \big( x_{1}+0i \big) \times \big( x_{2}+y_{2}i \big)} \]
\[\ = \overline{ \big(x_{1}x_{2}+x_{1}y_{2}i\big) } \]
\[\ =\big(x_{1}x_{2}-x_{1}y_{2}i\big) \]
\[\ =x_{1} \times \big(x_{2}-y_{2}i\big) \]
\[\ = a \times \overline{ \alpha ^{3} } \]
となりますので、積を分解することが可能ということです。
(他の項でも同様です)

 

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