実数 が を満たすとき、 の値を求めよ。
2 変数の対称式
, を使い、 と の値から や 、 などの値を求められる
前提
- 3 次式までの展開と因数分解 (数学I 数と式)
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- 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)
- 乗法公式による展開 (中学数学 数と式)
- 因数分解 (中学数学 数と式)
- 3 次式までの展開と因数分解 (数学I 数と式)
説明
と を入れかえても変わらない式を、 と の対称式といいます。たとえば 、、 は対称式です。この技能を使うと、 や そのものを求めなくても、和 と積 の値だけからこれらの式の値を計算できます。 のように一つひとつ代入すると計算が重い場面や、、 が直接わからない場面で役に立ちます。
なぜそうしてよいのか
出発点は展開公式です。 なので、両辺から を引くと となります。つまり は「和の2乗から余分な を取り除いたもの」です。
同じように、3乗の展開公式から です。余分な部分 は でくくると となり、これも和と積だけで書けます。よって です。
分数の式も同じ考え方で扱えます。 のとき、通分すると です。このように、対称式は と だけを使った式に書き直せるので、和と積の値がわかれば式の値が決まります。
手順
求める式が対称式であることを確かめ、 と の値を確認する(与えられていなければ先に計算する)
求める式を と だけの式に書き直す:、、(ただし )
書き直した式に と の値を代入して計算する
例題
、 のとき、 の値を求めよ。
例題の解答
手順1: は と を入れかえても変わらないので対称式である。和は 、積は である。
手順2: より、 と書き直す。
手順3:値を代入すると
となる。
答え:
よくある誤り
としてしまう誤り。 には が含まれているので、正しくは 。
としてしまう誤り。余分な部分は なので、正しくは 。
としてしまう誤り。正しくは通分して 。また であることが必要。
の値も和と積だけで一つに決まるとしてしまう誤り。 は対称式ではないので、和と積からわかるのは までで、 の符号は と の大小などの別の情報がないと決まらない。
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
正の実数 が
を満たすとき、 の値を求めよ。のとき、
の値を求めよ。
のとき、 の値を求めよ。実数 が を満たすとき、 の値を求めよ。
を位数 の有限体とする。 上の曲線
を考える。 は楕円曲線(非特異)である。 を、 の射影閉包 の 有理点全体(無限遠点 を含む)とする。 の元の個数を求めよ。のとき、 の値を求めよ。
三角形 において、、、 である。三角形 の外接円の半径を 、内接円の半径を とするとき、 の値を求めよ。
より大きい実数 が次の つの等式を満たしている。
このとき、 の値を求めよ。実数 が を満たし、さらに を満たすとする。このとき、 の値を求めよ。
において、 であり、外接円の半径は 、内接円の半径は である。 の面積 を求めよ。
図は正確とは限りません 実数 が を満たし、さらに
を満たすとする。このとき、 の値を求めよ。三角形 において、 であり、外接円の半径は 、内接円の半径は である。 の二等分線と辺 の交点を とするとき、線分 の長さを求めよ。
73次方程式 の3つの解を とする。このとき
の値を求めよ。を実数の定数とする。 についての 2 次方程式
が虚数解をもつとし、その虚数解の 1 つを とする。 が純虚数となるような の値をすべて求めよ。において、 とする。 の外接円の半径は 、内接円の半径は である。頂点 から辺 に下ろした垂線の長さを求めよ。
とする。このとき、 の値を求めよ。
整数 は を満たすとする。 についての 2 次方程式 が虚数解をもち、その虚数解の 1 つを とするとき、 が実数となるような整数の組 の個数を求めよ。
この技能の次に学べること
- 高次の対称式・交代式の値 (数学I 数と式)
- 3 変数の対称式 (数学I 数と式)
- と の対称式 (数学I 図形と計量)
- 平均・分散の条件から未知の値を決める (数学I データの分析)
- 2 次方程式の解と係数の関係 (数学II 複素数と方程式)
- 相反方程式 (数学II 複素数と方程式)
- 指数を含む対称式の値 (数学II 指数関数と対数関数)