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数学 3年

方程式ほうていしき

最終確認日:

このしょうまなぶこと

中学ちゅうがく 1 ねんで 1 もと 1 方程式ほうていしき中学ちゅうがく 2 ねん連立方程式れんりつほうていしきまなびました。 中学ちゅうがく 3 ねんまなあたらしい方程式ほうていしき二次方程式にじほうていしき です。

二次方程式にじほうていしきax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0 (a0a \neq 0)かたちあらわされる、 xx の 2 つぎしき = 0 のかたち方程式ほうていしきです。

入試にゅうしでは計算けいさん問題もんだいとしてかならず 1 もん出題しゅつだいされ、 さらに文章題ぶんしょうだい (面積めんせきはやさ、 動点どうてん整数せいすう) のかいかたとしてもだい活躍かつやくかたは 3 とおりあり、 状況じょうきょうおうじて使つかける力がわれます。

ゴール:

  • 因数分解いんすうぶんかいける方程式ほうていしき因数分解いんすうぶんかいける
  • (xp)2=q(x - p)^2 = qかたち (平方根へいほうこん使つかう) でける
  • 平方完成へいほうかんせいでどんな方程式ほうていしきうえかたち変形へんけいできる
  • 解の公式かいのこうしき x=b±b24ac2ax = \dfrac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}暗記あんきそく使つかえる
  • 文章ぶんしょうだいから自分じぶん方程式ほうていしきて、 答えこたえに 「てきするもの」 をえらべる

1. 方程式ほうていしきとは

xx の 2 つぎ等式とうしき」 を 方程式ほうていしき といいます。 一般いっぱんがた

ax2+bx+c=0(a0)ax^2 + bx + c = 0 \quad (a \neq 0)

例: x25x+6=0x^2 - 5x + 6 = 02x2=82x^2 = 8(x+1)(x3)=0(x+1)(x-3) = 0

方程式ほうていしきたせる xxあたい といい、 かいもとめることを 「方程式ほうていしき」 といいます。 方程式ほうていしきかい一般いっぱん2 つ ある (重解じゅうかい 1 つ、 かいなしの場合ばあいもあり)。

2. かた 1 — 因数いんすう分解ぶんかい利用りよう

2 かずせきが 0 なら、 すくなくとも一方いっぽうが 0」 という性質せいしつ使つかいます。

AB=0A=0 または B=0AB = 0 \Longrightarrow A = 0 \ \text{または} \ B = 0

例題れいだい 1: (x2)(x+5)=0(x-2)(x+5) = 0け。

x2=0x-2 = 0 または x+5=0x+5 = 0」 より、

x=2, 5x = 2, \ -5

例題れいだい 2: x27x+10=0x^2 - 7x + 10 = 0け。

左辺さへん因数いんすう分解ぶんかいして -7、 かけて 10 → (-2, -5)。

(x2)(x5)=0x=2, 5(x - 2)(x - 5) = 0 \Longrightarrow x = 2, \ 5

例題れいだい 3: x2+6x=0x^2 + 6x = 0け。

共通因数きょうつういんすう xx をくくる。

x(x+6)=0x=0, 6x(x + 6) = 0 \Longrightarrow x = 0, \ -6

例題れいだい 4: x2=16x^2 = 16け。

こうして x216=0x^2 - 16 = 0公式こうしき(x+4)(x4)=0(x+4)(x-4) = 0

x=±4x = \pm 4

ポイント:因数いんすう分解ぶんかいけるかたちたらそく使つかうのが最速さいそく入試にゅうしおおくは 因数いんすう分解ぶんかいわる

3. かた 2 — 平方根へいほうこん使つか

x2=ax^2 = a(xp)2=q(x - p)^2 = qかたちなら、 平方根へいほうこん使つかいます。

x2=ax=±a,(xp)2=qxp=±qx^2 = a \Longrightarrow x = \pm \sqrt{a}, \quad (x - p)^2 = q \Longrightarrow x - p = \pm \sqrt{q}

例題れいだい 5: x2=7x^2 = 7け。

x=±7x = \pm \sqrt{7}

例題れいだい 6: (x3)2=5(x - 3)^2 = 5け。

x3=±5x=3±5x - 3 = \pm \sqrt{5} \Longrightarrow x = 3 \pm \sqrt{5}

例題れいだい 7: 2(x+1)2=182(x+1)^2 = 18け。

両辺りょうへんを 2 でって (x+1)2=9(x+1)^2 = 9x+1=±3x+1 = \pm 3 より、

x=2, 4x = 2, \ -4

4. かた 3 — 平方へいほう完成かんせい

「(x - p)^2 = q」 のかたち無理むりやり変形へんけい する操作そうさ平方完成へいほうかんせい です。

例題れいだい 8: x2+6x1=0x^2 + 6x - 1 = 0平方完成へいほうかんせいけ。

定数ていすう移項いこうして、

x2+6x=1x^2 + 6x = 1

xx係数けいすう半分はんぶん (62=3\dfrac{6}{2} = 3) の 2 乗 (32=93^2 = 9)」 を両辺りょうへんにたす。

x2+6x+9=1+9(x+3)2=10x^2 + 6x + 9 = 1 + 9 \Longrightarrow (x+3)^2 = 10

平方根へいほうこんで、

x+3=±10x=3±10x + 3 = \pm \sqrt{10} \Longrightarrow x = -3 \pm \sqrt{10}

コツ:平方へいほう完成かんせいは 「xx係数けいすう半分はんぶんを 2 じょうして両辺りょうへんにたす」 の 1 くだりとなえる。 これが解の公式かいのこうしき導出どうしゅつのもとになります。

5. かた 4 — かい公式こうしき (一般いっぱんがた)

平方へいほう完成かんせい一般いっぱんax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0適用てきようすると、

x=b±b24ac2ax = \dfrac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}

これが有名ゆうめい解の公式かいのこうしき中学ちゅうがくでの必暗記あんき公式こうしきです。

公式こうしき使つかかた

例題れいだい 9: 2x2+3x1=02x^2 + 3x - 1 = 0かい公式こうしきけ。

a=2,b=3,c=1a = 2, b = 3, c = -1代入だいにゅう

x=3±3242(1)22=3±9+84=3±174x = \dfrac{-3 \pm \sqrt{3^2 - 4 \cdot 2 \cdot (-1)}}{2 \cdot 2} = \dfrac{-3 \pm \sqrt{9 + 8}}{4} = \dfrac{-3 \pm \sqrt{17}}{4}

例題れいだい 10: x24x+1=0x^2 - 4x + 1 = 0け。

a=1,b=4,c=1a = 1, b = -4, c = 1

x=4±1642=4±122=4±232=2±3x = \dfrac{4 \pm \sqrt{16 - 4}}{2} = \dfrac{4 \pm \sqrt{12}}{2} = \dfrac{4 \pm 2\sqrt{3}}{2} = 2 \pm \sqrt{3}

注意ちゅうい: bb代入だいにゅうするとき、 もと符号ふごうふくめて代入だいにゅうする ((4)=4-(-4) = 4)。 \sqrt{}なかb24acb^2 - 4ac (判別式はんべつしきという)。

判別はんべつしきかい個数こすうがわかる

D=b24acD = b^2 - 4acくと、

DD符号ふごうかい様子ようす
D>0D > 0ことなる 2 つの実数解じっすうかい
D=0D = 0重解 (かいが 1 つ)
D<0D < 0解なし (中学ちゅうがく範囲はんい)

例題れいだい 11: x26x+9=0x^2 - 6x + 9 = 0け。

D=3636=0D = 36 - 36 = 0 なのでじゅうかい因数いんすう分解ぶんかい(x3)2=0(x-3)^2 = 0 より x=3x = 3 (じゅうかい)。

6. かた使つかけフロー

入試にゅうしでの攻略こうりゃくじゅん (じょうからためす):

  1. 因数いんすう分解ぶんかい できそうか?」 → (x+a)(x+b)(x+a)(x+b) や 2 公式こうしきえるならそく使つか
  2. (xp)2=q(x-p)^2 = qかたちか?」 → 平方根へいほうこんいちはつ
  3. 数値すうちがきれいじゃない / 因数いんすう分解ぶんかい不能ふのう」 → 解の公式こうしき

ポイント:因数いんすう分解ぶんかい一番いちばんはやいのでかなら最初さいしょ検討けんとうする。 かい公式こうしき最後さいご手段しゅだん としてっておく。

7. 入試にゅうし頻出ひんしゅつ文章ぶんしょうだい

方程式ほうていしき文章ぶんしょうだいでの鉄則てっそくは:

(A) xxなんくか明示めいじ (B) 等式とうしきてる (xxしき = あるあたいとう) (C) 解をすべて (D) 問題もんだい条件じょうけんかいえら (たとえば 「人数にんずう」 「ながさ」 はせい)

(1) かず問題もんだい

例題れいだい 12: 連続れんぞくする 2 つの整数せいすうがある。 それらのせきが 156 となるとき、 2 つの整数せいすうもとめよ。

ちいさいほうxxおおきいほうx+1x+1く。

x(x+1)=156x2+x156=0x(x+1) = 156 \Longrightarrow x^2 + x - 156 = 0

して 1、 かけて -156 → (13, -12)。 (x+13)(x12)=0(x+13)(x-12) = 0 より x=13x = -13 または x=12x = 12

整数せいすうのペアは (12,13)(12, 13)(13,12)(-13, -12)2 組

(2) 図形ずけい (面積めんせき) の問題もんだい

例題れいだい 13: 縦xx cm、 横(x+3)(x+3) cm の長方形ちょうほうけい面積めんせきが 40 cm2^2 であるとき、 xxもとめよ。

x(x+3)=40x2+3x40=0(x+8)(x5)=0x(x+3) = 40 \Longrightarrow x^2 + 3x - 40 = 0 \Longrightarrow (x+8)(x-5) = 0

x>0x > 0 なので x=5x = 5 (cm)。

ポイント: x=8x = -8 は 「ながさがになる」 ため不適ふてき判断はんだんし、 答えこたえから除外じょがいする。

(3) どうてん問題もんだい

例題れいだい 14: 1 へん 12 cm の正方形せいほうけい ABCD のへん AB うえてん P が、 へん AD うえてん Q がそれぞれ秒速びょうそく 1 cm で出発しゅっぱつ出発しゅっぱつから xxびょう三角形さんかくけい APQ の面積めんせきが 18 cm2^2 になるのはいつか。

AP=AQ=xAP = AQ = x cm。 三角形の面積さんかっけいのめんせき

12xx=x22=18x2=36x=6 (>0)\dfrac{1}{2} \cdot x \cdot x = \dfrac{x^2}{2} = 18 \Longrightarrow x^2 = 36 \Longrightarrow x = 6 \ (>0)

6 びょうこたえる。

(4) はやさ・道のりみちのり問題もんだい

例題れいだい 15: あるかずの 2 じょうから、 そのかずくと 30 になる。 もとかずもとめよ。

x2x=30x2x30=0(x6)(x+5)=0x^2 - x = 30 \Longrightarrow x^2 - x - 30 = 0 \Longrightarrow (x - 6)(x + 5) = 0

x=6, 5x = 6, \ -52 つとも答えこたえ。 (「せい整数せいすうとう条件じょうけんがなければ両方りょうほうかい)

8. しょうまつ演習えんしゅう (入試にゅうし形式けいしき)

(1) x29x+14=0x^2 - 9x + 14 = 0け。 (2) (x+4)2=12(x + 4)^2 = 12け。 (3) 3x2+5x2=03x^2 + 5x - 2 = 0け。 (4) x24x1=0x^2 - 4x - 1 = 0かい公式こうしきけ。 (5) たてよこより 4 cm みじか長方形ちょうほうけい面積めんせきが 60 cm2^2 のとき、 たてよこもとめよ。

略解りゃっかい: (1) (x2)(x7)=0x=2,7(x-2)(x-7) = 0 \Rightarrow x = 2, 7 (2) x+4=±23x=4±23x + 4 = \pm 2\sqrt{3} \Rightarrow x = -4 \pm 2\sqrt{3} (3) たすき掛けたすきがけ or 公式こうしき(3x1)(x+2)=0x=13,2(3x - 1)(x + 2) = 0 \Rightarrow x = \dfrac{1}{3}, -2 (4) x=4±202=2±5x = \dfrac{4 \pm \sqrt{20}}{2} = 2 \pm \sqrt{5} (5) よこxxく。 x(x4)=60x24x60=0(x10)(x+6)=0x(x-4) = 60 \Rightarrow x^2 - 4x - 60 = 0 \Rightarrow (x-10)(x+6) = 0x>4x > 4 なので x=10x = 10たて = 6 cm、 よこ = 10 cm

章のまとめ:方程式ほうていしきかた因数いんすう分解ぶんかい平方根へいほうこんかい公式こうしきじゅんためす。 文章ぶんしょうだいは 「答えこたえてきするものをえらぶ」 の一手いってわすれない。

まとめ — 方程式ほうていしきを 3 くだり

  • 方程式ほうていしきax2+bx+c=0ax^2 + bx + c = 0解法かいほうは「因数いんすう分解ぶんかい平方へいほう完成かんせい (平方根へいほうこん) → かい公式こうしき」 のじゅんためすのが効率こうりつてきである
  • かい公式こうしきx=b±b24ac2ax = \dfrac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}判別式はんべつしき D=b24acD = b^2 - 4ac符号ふごうかい個数こすう (2 じゅうかい・なし) がまる
  • 文章ぶんしょうだいでは未知数みちすうxxいて方程式ほうていしきて、 いたのちせいあたい」「整数せいすう」 など問題もんだい条件じょうけん適合てきごうするかいえら一手いってわすれない
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