名古屋大学 大学院 情報学研究科
知能システム学専攻
2020年度 解析・線形代数




[1]

(a)

\begin{align} z = \left( 1 + i \right)^8 = \left( \sqrt{2} e^{ \frac{\pi}{4} i } \right)^8 = 2^4 e^{ 2 \pi i } = 16 \end{align} であるから、 \begin{align} u=16, v=0 \end{align} である。

(b)

$ 8 = |z| = 2^{n/2} $ より、 $n=6$ なので、 \begin{align} z = \left( 1 + i \right)^6 = \left( \sqrt{2} e^{ \frac{\pi}{4} i } \right)^6 = 2^3 e^{ \frac{3}{2} \pi i } = -8i \end{align} であるから、 \begin{align} u=0, v=-8 \end{align} である。



[3]

(a)

時刻 $t$ における P の速度の大きさを $v(t)$ とすると、 \begin{align} v(t) &= \sqrt{ \left( \frac{dx}{dt} \right)^2 + \left( \frac{dy}{dt} \right)^2 } \\ &= \sqrt{ 9 \sin^4 t \cos^2 t + 9 \sin^2 t \cos^4 t } \\ &= \sqrt{ 9 \sin^2 t \cos^2 t } \\ &= \frac{3}{2} \left| \sin 2t \right| \end{align} であるから、求める長さ $l$ は \begin{align} l &= \int_0^{2 \pi} v(t) dt \\ &= \frac{3}{2} \int_0^{2 \pi} \left| \sin 2t \right| dt \\ &= 3 \int_0^{\pi} \left| \sin 2t \right| dt \\ &= 3 \left( \int_0^{\pi/2} \sin 2t dt - \int_{\pi/2}^{\pi} \sin 2t dt \right) \\ &= \frac{3}{2} \left( - \left[ \cos 2t \right]_0^{\pi/2} + \left[ \cos 2t \right]_{\pi/2}^{\pi} \right) \\ &= 6 \end{align} である。

(b)

$ 0 \lt t \lt \pi / 2 $ において、 \begin{align} v(t) &= \frac{3}{2} \sin 2t \end{align} であるから、 $v(t)$ が最大になるのは、 $ t = \pi / 4 $ のときであり、 このとき、 \begin{align} x &= \sin^3 \frac{\pi}{4} = \left( \frac{1}{\sqrt{2}} \right)^3 = \frac{1}{2 \sqrt{2}} \\ y &= \cos^3 \frac{\pi}{4} = \left( \frac{1}{\sqrt{2}} \right)^3 = \frac{1}{2 \sqrt{2}} \end{align} である。