等比数列の和2
当HPがいつもお世話になっているHN「よおすけ」さんからの出題です。
(令和元年9月2日付け)
初項 e^(2πi/7)、公比 e^(2πi/7) の等比数列の第3項までの実部の和はいくらか。
(答) スモークマンさんが考察されました。(令和元年9月3日付け)
ω=e^(2πi/7) とおくと、ω^7=1 なので、ω+ω^2+ω^3+ω^4+ω^5+ω^6=-1
α=ω+ω^2+ω^3 の実部(求めるもの)とω^6+ω^5+ω^4 の実部は等しいことから、
αの実部=-1/2 (終)
(コメント) スモークマンさんの鮮やかな解答に感動しました。
私は、地道に計算してみたいと思います。(→ 参考:「チェビシェフの多項式」)
ω=e^(2πi/7) とおくと、第3項までの和は、 ω+ω2+ω3 となるので、その実部は、
R=cos(2π/7)+cos(4π/7)+cos(6π/7)
よって、cos(2π/7)=x、2π/7=θ とおくと、 7θ=2π すなわち、 3θ=2π−4θ
cos3θ=cos(2π−4θ)=cos4θ
4cos3θ−3cosθ=2cos2(2θ)−1=2(2cos2θ−1)2−1=8cos4θ−8cos2θ+1
4cos4θ−4cos3θ−8cos2θ+3cosθ+1=0
(cosθ−1)(8cos3θ+4cos2θ−4cosθ−1)=0
cosθ≠1 なので、 8cos3θ+4cos2θ−4cosθ−1=0
4π/7=θ、6π/7=θ としても同様に上式が成り立つ。
よって、cos(2π/7)、cos(4π/7)、cos(6π/7)は、 8x3+4x2−4x−1=0 の3つの実
数解となる。解と係数の関係より、
R=cos(2π/7)+cos(4π/7)+cos(6π/7)=−1/2
よおすけさんからのコメントです。(令和元年9月10日付け)
等比数列の和の公式より、 {e^(2πi/7)((e^(2πi/7))^3-1)}/(e^(2πi/7)-1)
これを整えると、実部は、-1/2
※途中計算は各自でやって下さい。