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9 数学文書作成例

 以下の例ではamsmath,amssymb等の のパッケージ,作図例はemathP 等のパッケージを利用しています.

9.1 レポート作成例

中村先生のレポートより
%\documentclass[a4paper]{jarticle}
%\title{Complex operator による図形変換\\
%{\normalsize$\cdots\cdots$ 反転と方ベキの定理による一次変換のアプローチ}}
%\author{札幌新川高等学校 中村文則 }
%\begin{document}
%\maketitle
%実際はこの下の\begin{center}〜\end{center}を削除、上の%をとる%
\begin{center}
{\LARGE Complex operator による図形変換}\\[4mm]
{\normalsize$\cdots\cdots$ 反転と方ベキの定理による一次変換のアプローチ}\\[6mm]
{\large 札幌新川高等学校 中村文則 }\\[5mm]
\end{center}

\item [\textit{Chap.1}]{\bf 作用素としてのアプローチ}\par
 複素数平面上における図形問題の解法には4つのアプローチが考えられる。
\begin{enumerate}[m]
\item $z=x+yi$とみて、ガウス平面での論点をデカルト平面に移す。
\item $z=(x,\ y)$をベクトルとみなす。
\item $z$と$\bar{z}$(共役複素数を)を使って$Rez,Imz$を表す。
\item $z=re^{i\theta}$を図形変換の作用素(\textit{operater})と考える。
\end{enumerate}
 それぞれの解法に利点があるが,行列の一次変換の代替として登場した経緯,そして視覚的な面でのインパクトを考慮すれば,作用素としての働きに注目するのが指導としてはもっとも効果的ではないかと思う。\\[5mm]
\foldbox[10cm]{%
{\bf\textit{ex})} $|z|=1$ のとき,$w=(1+i)z$ の軌跡を求めよ。\\
 解)$|w|=|1+i||z|=\sqrt{2}$\\
 よって,中心が原点である半径$\sqrt{2}$の円}\\[3mm]
 一般的な解答である。$1+i$という複素数を葬り去ることにより$w$の軌跡を導いたわけである。しかし、$z\longrightarrow w$ という図形変換の構図がみえてこなく、解法としては\ruby{巧}{うま}いが\ruby{美味}{うま}くはない。これを
\begin{center}
$1+i=\sqrt{2}e^{\frac{\pi}{4}i}$
\end{center}
とみると,複素数$1+i$は図形zの大きさを$\sqrt{2}$倍拡大し,原点の周りに図形を$45\Deg$回転させる働きをもつ作用素である。\par
  \hfill $\left[ 中略\right ]$ \hfill \par
\item [\textit{Chap.2}]{\bf 一次分数関数(一次変換)}\par
 複素数平面{\bf Z}上の点$z$に対して、
\[w=\dfrac{\alpha z+\beta}{\gamma z+\delta}\quad (\alpha\delta-\beta\gamma\neq 0)\]
である$w$は,新たな複素数平面Wを用意し,
\[ f:\mathrm Z \longmapsto W \]
なる写像(多くはZ=Wとなるが)を考えたときの像と考えることができる.\par
 この$f$による像$w$を一次分数関数あるいは(複素)一次変換という。この一次変換は係数行列
\[T=\begin{pmatrix}
\alpha & \beta\\ \gamma & \delta \end{pmatrix}\]
が正則であるときに存在する。ここで,
\[f(z)=\dfrac{\alpha}{\gamma}+\dfrac{-\alpha\dfrac{\delta}{\gamma}+\beta}{\gamma z+\delta}
=\dfrac{\alpha}{\gamma}+\dfrac{\beta\gamma-\alpha \delta}{\gamma^2z+\gamma \delta}\]
なる分解が可能であることから、一次変換は次の3つの変換の合成とみることができる。
$\left[ 以下略 \right]$


\end{itemize}

9.2 作図例(1)

芳賀折り図
\unitlength0.22cm\small%
\begin{picture}(30,30)(-5,-3)%
\def\C{(0,0)}%
\def\B{(0,24)}%
\def\D{(24,0)}%
\def\A{(24,24)}%
\def\F{(12,24)}%
\def\E{(24,15)}%
\def\H{(0,3)}%
\def\I{(0,8)}%
\Suisen\H\F\I\G%
\Suisen\H\A\D\J%
\Hen_ko[80]<0.7>\H\E{$\sqrt{x^2+1}$}%
\Hen_ko[40]<0.5>\E\A{$ \ \ \ \ \bunsuu{1-x^2}{2}$}%
\Hen_ko[70]<0.7>\I\F{$ \bunsuu{1+x^2}{1+x}$}%
\Hen_ko[40]<0.5>\D\E{$ \bunsuu{1+x^2}{2}$}%
\Hen_ko[40]<0.9>\C\H{$ \ \ \ \ \bunsuu{(1-x)^2}{2}$}%
\Hen_ko[40]<0.7>\B\I{$ \bunsuu{2x}{1+x}$}%
\Hen_ko[80]<0.7>\A\F{$x$}%
\Hen_ko[80]<0.7>\F\B{$1-x$}%
\Hen_ko[80]<0.7>\C\D{$1$}%
\Hen_ko[80]<0.7>\E\J{$x$}%
\Hen_ko[40]<0.5>\F\E{$ \ \ \ \ \bunsuu{1+x^2}{2}$}%
\Dashline[50]{0.3}{\F\D}%
\Dashline[50]{0.3}{\H\J}%
\Drawline{\H\E\F\G\H}%
\KAKUkigou\J\H\E[2]{\makebox(0,0)[l]}%
\KAKUkigou\A\D\F[2]{\makebox(0,0)[l]}%
\KAKUkigou<2>\A\E\F{\makebox(0,0)[l]}%
\Touhenkigou<2>\G\H%
\Touhenkigou<2>\C\H%
\Put\A(1mm,1mm)[l]{A}%
\Put\B(-1mm,1mm)[r]{B}%
\Put\C(-1mm,-1mm)[r]{C}%
\Put\D(1mm,-1mm)[l]{D}%
\Put\F(0,1mm)[b]{F}%
\Put\E(1mm,0)[l]{E}%
\Put\H(-1mm,-1mm)[r]{H}%
\Put\I(-1mm,0)[r]{I}%
\Put\G(-1mm,-1mm)[r]{G}%
\Drawline{\C\D\A\B\C}%
\end{picture}%

9.3 作図例(2)

三角関数の合成
\unitlength8.5mm\small
\begin{zahyou}(-5,5)(-5,5)%
\def\O{(0,0)} \def\A{(4,0)}%
\def\B{(0,4)}%
\zahyouMemori[g][n]%
\Put{(0,0)}{%
\Daenko[0.5][0.5]{4}{4}{0}{360}}%
\kyokuTyoku(4,70)\P%
\Put\P(0,1mm)[l]{ P}%
\kyokuTyoku(4,35)\R%
\kyokuTyoku(4,125)\S%
\thicklines%
\Drawline{\O\P}\Suisen\P\O\R\H%
\Drawline{\P\H}\Suisen\P\O\S\L%
\Drawline{\P\L}\Drawline{\L\O\H}%
\thinlines%
\Suisen\P\O\B\U \Suisen\H\O\A\V%
\Suisen\H\U\P\Y \Suisen\P\O\A\X%
\ArrowLine\H\Y \ArrowLine\V\H%
\ArrowDashLine[60]{0.1}\X\P%
\Drawline{\U\Y}%
\KAKUkigou\H\O\P{%
\makebox(0,0.5)[l]{%
\rotatebox{35}{$\alpha$}}}%
\KAKUkigou[a]\A\O\R[1.5]{%
\makebox(0,0)[l]{$\theta$}}%
\Hen_ko[40]<0.3>\P\O{$r$}%
\Hen_ko[0]<0.3>\H\O{%
\rotatebox{35}{$a$}}%
\Hen_ko[0]<0.3>\P\H{%
\rotatebox{35}{$b$}}%
\Tyokkaku\H\O \Tyokkaku\X\P%
\Tyokkaku\Y\V \Tyokkaku\V\X%
\Tyokkaku\U\Y%
\Put{(-3.3,-2.5)}(0,0){%
$r=\sqrt{a^2+b^2}$}%
\end{zahyou}
\[a\sin \theta+b\cos \theta=%
r\sin(\theta+\alpha)\]
これは\\
$a\cos \theta-b\sin \theta%
=r\cos(\theta+\alpha)$\\
と表すこともできる

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