ド・モアブルの定理(ド・モアブルのていり、、ド・モアブルの公式〈ド・モアブルのこうしき〉ともいう)とは、複素数(特に実数) および整数 に対して
が成り立つという、複素数と三角関数に関する定理である。定理の名称はアブラーム・ド・モアブル (Abraham de Moivre) に因むが、彼がこの定理について言及したわけではない。数学的帰納法による証明では、三角関数の加法定理が利用される。
実数 と正の整数 に対してド・モアブルの定理を考えると、左辺を展開し右辺と実部・虚部を比較することにより、倍角の公式が導出される。すなわち、ド・モアブルの公式は三角関数の 倍角の公式を内在的に含んでいる。
オイラーの公式: より、ド・モアブルの定理は複素指数函数についての指数法則の一つ:
が成り立つことを意味している。
証明 数学的帰納法による証明
複素数の積の性質による証明
オイラーの公式による証明
指数が非整数の場合 ド・モアブルの定理は指数が非整数のとき一般には成り立たない。それは、複素数の非整数乗は複数の異なる値を取る(多価関数)からである(冪乗#指数・対数法則の不成立参照)。 が整数でないとき、ド・モアブルの定理における 乗の式は、等式が成立する値を含めた複数の値を取ることとなる。
を実数、 を複素数とすると
である。したがって、 が整数であれば
という 1 つの値を取るが、 が整数でないときは を含む複数の値を取ることになる。
の値の取り方について、 が有理数であれば、 (, は互いに素)と表すと、であるから、 で循環し、 個の値を取る。(無理数または虚数)ならば循環せず、可算無限個の値を取る。
適用例 虚数単位の累乗 を整数とすると、
が非整数のときは、先述したように、複数取る値のうちの1つだけを求めている。
1の冪根 を 2 以上の自然数とするとき、 を満たす を求める。 の極形式を (, は実数)とする。
関連項目 複素数 三角関数 1の冪根 オイラーの公式
脚注
注釈
出典
外部リンク