次の式を展開しなさい。
乗法公式による展開
、、 の公式を使って式を展開し、展開を含む式を整理できる
前提
- 文字式の計算(同類項・分配法則) (中学数学 数と式)
この技能までの道筋(8 技能)
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一覧で見る(前提が先)
- 分数のたし算・ひき算 (算数 計算と数のきまり)
- 小数の四則計算 (算数 計算と数のきまり)
- 正負の数の加法・減法 (中学数学 数と式)
- 分数のかけ算・わり算 (算数 計算と数のきまり)
- 四則の混じった計算の順序 (算数 計算と数のきまり)
- 正負の数の乗除・累乗と四則混合 (中学数学 数と式)
- 分配法則を使った計算のくふう (算数 計算と数のきまり)
- 文字式の計算(同類項・分配法則) (中学数学 数と式)
説明
のような多項式どうしのかけ算を、かっこのない和の形に直すことを展開といいます。この技能では、よく出てくる形のかけ算を「乗法公式」を使って一気に展開し、展開をふくむ式を同類項をまとめて整理できるようになります。因数分解や 2 次方程式、図形の面積を式で表す場面の土台になります。
なぜそうしてよいのか
多項式どうしのかけ算 は、 を 1 つのかたまり と見ると と分配法則が使えます。さらにもう一度分配法則を使うと
となり、「前のかっこの各項」と「後ろのかっこの各項」をすべての組み合わせでかけてたせばよいことがわかります。長方形の面積で考えると、たて 、横 の長方形を 4 つの長方形に分けた面積の和です。
乗法公式 この計算を、よく出る形について先にすませておいたものが乗法公式です。
-
-
- (上の式で を にしたもの)
- ( と が消し合う)
公式の , , には、数だけでなく や のような単項式を入れてもかまいません。分配法則はどんな数・式でも成り立つからです。このとき のように、かっこごと 2 乗することに注意します。
手順
式の中のかけ算がどの公式の形か見分ける(、、、)
公式の文字にあたる部分(符号もふくむ)を読み取る。たとえば なら 、 なら と
公式に当てはめて展開する。単項式を当てはめたときは のようにかっこごと計算する
展開した式の前にひき算があるときは、展開した結果をかっこでくくってからかっこをはずす
同類項をまとめて整理する
例題
を展開して整理せよ。
例題の解答
【手順 1・2】 は の形で、、 です。 は の形で、 にあたるのが 、 にあたるのが です。
【手順 3】公式に当てはめます。
【手順 4】 の前はひき算なので、展開した結果をかっこでくくってからはずします。
【手順 5】同類項をまとめます。、、 なので
答え:
よくある誤り
の真ん中の項を忘れて や としてしまう誤り。正しくは、
展開した式の前のひき算で、最初の項だけ符号を変えて としてしまう誤り。正しくは、かっこの中のすべての項の符号を変えて
単項式を当てはめるとき係数を 2 乗し忘れて としてしまう誤り。正しくは、 なので
で、 の係数と数の項を取りちがえて としてしまう誤り。正しくは、 の係数は和 、数の項は積 なので
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
入口の問題
この技能を使う問題
2 次方程式 を解け。
連続する 3 つの奇数があります。 を整数として、3 つの奇数を小さい順に , , と表します。
最も大きい奇数の 2 乗から最も小さい奇数の 2 乗をひいた差は、つねに中央の奇数の何倍になりますか。その数を求めなさい。
次の式を展開して整理しなさい。
、 のとき、次の式の値を求めよ。
ある店では、1 個 円の焼き菓子が 1 日に 個売れている。この焼き菓子の 1 個の値段を 円値上げすると、1 日に売れる個数は 個減ることがわかっている。値上げしたところ、1 日の売り上げの合計が 円になり、1 日に売れた個数は 個より多かった。値上げした後の焼き菓子 1 個の値段は何円か求めよ。ただし、 は正の整数とする。
原価が 円の品物に、原価の の利益を見込んで定価をつけた。しかし売れなかったので、定価の 引きで売ったところ、原価より 円安い値段で売れた。 の値を求めよ。ただし、 は正の数とする。
, は数で、、 を満たしています。このとき、次の式の値を求めなさい。
連続する 4 つの整数があります。このうち、大きいほうの 2 つの数の積から、小さいほうの 2 つの数の積をひいた差が になりました。4 つの整数のうち、最も小さい数を求めなさい。
縦 、横 の長方形の土地があります。この土地に、縦の辺に平行な道を 1 本と、横の辺に平行な道を 1 本、どちらも同じ幅 でつくります。2 本の道はそれぞれ土地の向かい合う辺から辺まで通っていて、土地の中で十字に交わっています。道を除いた残りの部分を花だんにしたところ、花だんの面積の合計は になりました。道の幅 を求めなさい。ただし、 とします。
についての 2 次方程式 を解き、解をすべて求めなさい。
正方形 を底面とする正四角錐 があります。この正四角錐の高さは 、表面積は です。この正四角錐の体積は何 ですか。
のとき、次の式の値を求めなさい。
、 の長方形 がある。辺 の中点を とし、 を直径とする半円を長方形の内側にかく。さらに、長方形の内側に円 を、辺 と辺 の両方に接し、かつこの半円の弧に外側から接するようにかく。このとき、円 の半径は何 か求めよ。
この技能の次に学べること
- 式の値(代入) (中学数学 数と式)
- 因数分解 (中学数学 数と式)
- 分母の有理化 (中学数学 数と式)
- 乗法公式・分配法則を使う根号の式の展開 (中学数学 数と式)
- 折り返した図形の角と長さ (中学数学 平面図形)
- 表面積・体積から立体の寸法を逆算する (中学数学 空間図形)