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수학

이차방정식의 허근과 켤레복소수

by 여행과 수학 2024. 11. 16.
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이차방정식의 허근은 방정식의 판별식이 음수일 때 나타나는 해로, 실수 해가 존재하지 않고 복소수 해만이 존재할 때 발생합니다. 이차방정식의 허근은 항상 켤레복소수로 나타나며, 두 근은 서로 대칭적인 형태를 가집니다. 이 글에서는 이차방정식에서 허근이 등장하는 조건과 켤레복소수의 개념을 살펴보겠습니다.

이차방정식 허근 켤레복소수

1. 이차방정식의 기본 형태와 판별식

이차방정식은 일반적으로 다음과 같은 형태로 표현됩니다:

ax2+bx+c=0

여기서 a, b, c는 상수이며, a0입니다. 이차방정식의 근을 구하기 위해 판별식 D를 사용하며, 판별식은 다음과 같이 정의됩니다:

D=b24ac

판별식의 값에 따라 방정식의 해의 유형이 결정됩니다. 만약 D>0이면 실수 해 두 개가 존재하고, D=0이면 중근을 가지며, D<0일 때 허근 두 개가 나타납니다.

2. 이차방정식의 허근

판별식 D가 음수일 때, 이차방정식은 실수 해를 가지지 않으며 복소수 해만 존재합니다. 이 경우 이차방정식의 해는 다음과 같이 나타납니다:

x=b±b24ac2a

여기서 D=b24ac<0이므로 D는 허수 단위 i를 포함한 형태로 계산됩니다. 허근의 형태는 다음과 같이 됩니다:

x=b±i|D|2a

따라서 두 근은 서로 켤레인 복소수 b2a+|D|2aib2a|D|2ai가 됩니다.

3. 켤레복소수의 정의와 성질

켤레복소수는 실수 부분은 동일하고 허수 부분의 부호가 반대인 복소수 쌍을 의미합니다. 예를 들어, 복소수 z=a+bi의 켤레복소수는 ¯z=abi입니다. 켤레복소수는 다음과 같은 성질을 가집니다:

  • 복소수 z와 그 켤레복소수 ¯z의 합은 항상 실수입니다. z+¯z=2a
  • 복소수 z와 그 켤레복소수 ¯z의 곱은 항상 실수입니다. z¯z=a2+b2

4. 이차방정식에서의 켤레복소수 근

이차방정식의 판별식이 음수일 때, 방정식의 두 허근은 항상 켤레복소수 관계에 있습니다. 예를 들어, 방정식 x2+4x+5=0을 풀어보겠습니다:

1. 이 방정식에서 a=1, b=4, c=5이므로 판별식 D는 다음과 같이 계산됩니다:

D=b24ac=42415=1620=4

2. 판별식이 음수이므로 허근을 가지며, 해는 다음과 같이 나타납니다:

x=4±421=4±2i2=2±i

따라서 이차방정식의 두 근은 2+i2i이며, 이는 서로 켤레복소수 관계에 있습니다.

결론

이차방정식에서 판별식이 음수일 때 실수 해 대신 허근이 등장하게 됩니다. 이러한 허근은 항상 켤레복소수의 형태로 나타나며, 서로 대칭적인 관계를 가집니다. 이차방정식에서의 켤레복소수 근은 복소수 이론의 중요한 개념 중 하나로, 복소수의 연산과 성질을 이해하는 데 도움이 됩니다. 켤레복소수는 수학뿐만 아니라 물리학과 공학에서도 널리 활용되는 중요한 개념입니다.

 

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