女の人のところへ来たドラえもん

21歳の女の人と43歳の男の人が意気投合し、社会の矛盾に科学的に挑戦していく過程です。                    ブログの先頭に戻るには、表題のロゴをクリックして下さい。                                   数式の変形。必ずひと言、添えてよ。それを守ってくれたら、今後も数学に付き合ってあげる。

愛の愛情

  現在2023年8月22日9時23分である。(この投稿は、ほぼ4255文字)

麻友「昨日は、書けなかったのね」

私「昨日の投稿は、長くなり過ぎた。もう一つは、書けなかった」

若菜「愛の愛情って、なんですか」

私「これは、結弦のお誕生日に、『答えは、ネット上にあるけど、少し図書館などを調べてから、ウィキペディアを見ないと、何を言ってるのか、分からないと、思うよ』と言って、出した問題だったんだ。今年のお誕生日にね。時代背景も含めて、引用すると」


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1日遅れましたが、16歳のお誕生日おめでとう。16歳か。高校1年。伯父さんは、数学の計算と、生物部の、ヒキガエルの飼育に、夢中になっていました。そうは、言うものの、
家に帰ってくると、『現代大戦略』という、PCー9801のパソコンゲームで、戦争をしていました。昨日、ニュースを聞いていたら、ウクライナに、強力な戦車を派遣しますと、言ってて、 伯父さんの35年前のゲームで、1番強かった戦車は、レオパルドツーだったぞ! と、見ていたら、なんと映った戦車は、レオパルド2でした。
35年前の武器で、戦争するの?と、ビックリしました。
人間の愚行は、変わっていないのですね。
伯父さんは、高校1年で、現代社会という科目で、日本の首相の国会答弁を並べ、 平和憲法なのに、どんどんどんどん、軍備を増やす答弁になっていて、こんなのおかしい、と、主張しました。
あれから、35年。岸田文雄総理大臣は、なんと言っているでしょうか?
さて、最後は、数学の話です。

問題

以下の数は、計算するとどうなる?

 愛
愛 =愛の愛情は、何?

これは、ジョーク。正確には、
 i
i = iのi乗 =?

まずは、図書館の、本を片っ端から 探してご覧。
答えは、インターネットに、書いてあります。最初から、ネットを見ても、言っている意味が、分からないと、思う。
それでは、2年生になっても、Good Luck


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私「つまり、

{i^i=?}

という問題だったんだ」

若菜「そんな、虚数虚数乗なんて、計算できるんですか?」

私「実は、私が、この問題に出会ったのは、横浜翠嵐高校の、数学の授業で、であった」

麻友「ああ、澤野先生ね。大学入学時に『複素代数幾何学入門』や、『超函数入門』や、『代数解析学の基礎』を、目標に勉強すれば、すぐ最先端に行けますよ。と、教えてくれたのだったわね」

私「あれから、30年以上経った今でも、数学科の4年生で、これが読み始められているのなら、大学院へ飛び級で行った、川口周君たちと、同じテンポだと思う」

麻友「良いアドヴァイス、もらってたのに」

私「なぜ失敗したか、というのは、もう問わない。麻友さんに会ったのだもの」

麻友「今日、ポートで、酷いこと言ってたわね。『山口百恵さんの最近の写真と言うのをみて、他の記事からして、まんざらニセモノでは、ないだろうけど、もうおばあちゃんになってて、完全におばさんでしたね。麻友さんも、50年経ったら、こうなるのかな? それでも、好きかな? って、思いましたね』なんて、他の麻友ヲタに、殺されるわよ」

若菜「お母さん。そこで、真剣に、怒っても、良いのですよ」

麻友「太郎さんは、こういうこと、平気で書いてくる人間だって、分かってるから」

私「ところで、この出題には、私の方でも、分かっていないことが、あったんだ。高校1年の、複素数の時間の最初に、澤野先生が、『大学へ行ったら、こういうことを、やります』と言って、黒板に、

{i^i}

と、書いたんだ。『大学へ行く前に、解けるか?』と、試みた。その当時、恐らく高校1年の前期の中間テストの後だろうが、

で、微分をかじり、テイラー展開まで進んで、オイラーの公式

{\displaystyle e^{i \theta}=\cos{\theta}+i\sin{\theta}}

を、知っていた。オイラーの公式自体を、最初に山口さんの本で読んだかどうかは、覚えていない。だが、とにかくこの公式を、組み合わせると、{\displaystyle e^{i \pi}=-1} となる。正の数を掛け合わせて、マイナスになる。しかも、虚数乗の定義もできる。それまで、中学と公文で習ってきた数学とは、全然違う世界だと、本を持つ手が、震えるほどだった。この本を持つ手が震えるというのは、大学へ行って、『力学の基礎(Foundations of Mechanics)』を、図書館で手にしたとき、とか、本当に数えるほどなのだ」

麻友「ふーん。高校で1回、大学で1回か」

私「だから、その授業中、オイラーの公式を使えないかな? と、試みた。まず、

{\displaystyle i^i=(i^2)^{\frac{i}{2}}=(-1)^{\frac{i}{2}}}

とする。ここで、オイラーの公式を使う。{\displaystyle e^{i \pi}=-1} なのだから、逆向きに代入する。

{\displaystyle =(e^{i \pi})^{\frac{i}{2}}=e^{\frac{i^2 \pi}{2}}=e^{\frac{- \pi}{2}}=e^{-\frac{\pi}{2}}}

できた!」

麻友「本当に、できたの?」

私「これはね~。そのまま、先生に見せれば、良かったんだろうと思う。ところが、私は、虚数虚数乗が、実数になる。変じゃない? と思って、もうちょっと分かってからと思って、色んな機会に、考えていたけど、結局、本当の答えを、知らなかったんだ。大学へ行って、吉冨さんの数論のゼミで、実数の他に、複素数の値も取る、多価関数なんじゃないかとも、藤田君と、曽越君に話したけど、当時 Mathematica もなく、計算のしようがなかった。だから、結弦に問題を出す前に、

{\displaystyle i^i=e^{-\frac{\pi}{2}}}

自体は、間違いではなく、さらに、これは主値と呼ばれるもので、他にも解がある。というのを、Wikipedia で、チェックした上で、出題したんだ」

結弦「そういうことだったの? 僕の前で、Wikipedia で、見せてくれたけど、『あれ? 可算個の実数? 1個だけ実数で、後は、複素数じゃないの? これ、間違ってない?』とか言ってて、僕が、『間違い指摘したら、凄いんじゃない』と言ったら、『ちょっと分からない』みたいに言ってた」

私「昨日、長い投稿を書いていて、夕食だけのために、マックへ行った。本もノートもシャーペンも、持ってなかった。『でも、今なら、数学出来るんだ』と思って、スマホを取り出した。『じゃあ、ウルフラムアルファで、計算してみよう』」

私「自然言語で、『あいのあいじょう』と入れて、変換。上手くやると、『iのi乗』となり、数値が、『{0.207~879~576 \cdots}』 ああ、確かに実数だ。

{\displaystyle i^i=e^{-\frac{\pi}{2}}}

も、正しいんだ。それで、一般形というのも、あるのか。本当に、全部実数?」

私「見たところ、全部実数。でも、本当に? ウルフラムアルファが、故意に、偽情報を流していて、ウルフラムアルファで、カンニングしている人間を、摘発してるとか?」

私「そうだったら、どうする? 結弦」

結弦「でも、これの3倍のときは、答えの方も3倍してとか、全部、書き換えなきゃ、ならなくなるよ」

私「良いこと言った。これを、変形してみよう」

{\displaystyle i^{2i}=e^{-\pi}}

結弦「ああ、2乗したんだから、当たり前か。実数なら、2乗して実数のままでも良いよね」

私「ようし、

{\displaystyle (2i)^{2i}=?}

を、試してみよう。わっ!

{=0.007928 \cdots +i 0.042480 \cdots}

だって。こんな数、見たことない」

結弦「昨日、マックで、これを、見つけたんだよね。お父さんは、これ以上調べるには、Mathematica が必要と思い、さらに大学時代の先輩の土基さんの本を、見ようと思った」

麻友「あっ、この本、覚えてる。

27182818284590452.hatenablog.com

の、投稿のときの、大学院の先輩ね」

私「私の脳が、麻友さんに会う前の、一番冴えていた頃と、ほぼ同レヴェルの状態に、戻って来ているのが、分かる。これを、維持できれば、言うことないのだが」

麻友「私に、説明しなければ、ならないの?」

若菜「本当のこというと、お母さんは、何も、分かっていないのですけどね」


私「麻友さんのために、不必要な本まで、読んでいる。でも、私に取って、麻友さんに説明しようというのが、生き甲斐になってる。生き甲斐というものは、そんなに簡単には、置き換えられない。どうしたら、良いだろう」

私「でも、夜考えていても、良い考えは、浮かばない。今日は、これで、投稿するよ」

若菜「お父さんに取って、お母さんって、本当に大切なんですね」

結弦「でも、昨日のマックでのお父さんの目つきは、凄かったな」

麻友「じゃあ、今まで、18年続けて来た、ブログだけど、私に説明するのではなく、もっと建設的な使い道を、考えてね」

私「分かった。じゃあ、解散」

 現在2023年8月22日22時34分である。おしまい。