数検3級
方程式 — 一次・連立・二次方程式と解の公式
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この章で学ぶこと
中1〜中3 の方程式をまとめて復習します。 とくに中3 の 二次方程式 が 3級の大きなポイントです。
- 一次方程式の解き方
- 連立方程式 (代入法・加減法)
- 二次方程式 (平方根・因数分解・解の公式)
- 方程式の文章題 (利用)
ポイント: 方程式は 「等式の両辺に同じことをしても等号はこわれない」 が基本ルール。 これを使って x= の形にもっていきます。
1. 一次方程式
例題: 3x−5=x+7 を解け。
3x−x=7+5⇒2x=12⇒x=6
検算: x=6 で左辺=18−5=13、 右辺=6+7=13。 一致する。
大事: 文字を左、 数を右に移すとき (移項)、 符号が反対 になります。 −5 を右へ移すと +5。
2. 連立方程式
2 つの文字をふくむ 2 つの式を同時に満たす値を求めます。
加減法
例題: つぎの連立方程式を解け。
{2x+y=8x−y=1
2 式をたすと y が消える。
(2x+y)+(x−y)=8+1⇒3x=9⇒x=3
x=3 を x−y=1 に代入して 3−y=1、 y=2。
検算: 2×3+2=8 (∘)、 3−2=1 (∘)。 両方成り立つ。 よって x=3, y=2。
代入法
一方の式を 「y=」 の形にしてもう一方に入れる方法です。 y=x−1 のようにすぐ表せるときに便利。
3. 二次方程式
ax2+bx+c=0 (a=0) の形の方程式です。 解き方は 3 通り。
(1) 平方根を使う
例題: x2=5 を解け。
x=±5
大事: x2=5 の解は ±5 の 2 つ。 + だけでなく − も忘れないこと。
(2) 因数分解を使う
例題: x2−5x+6=0 を解け。
「たして −5、 かけて 6」 は −2 と −3。
(x−2)(x−3)=0⇒x=2, 3
検算: x=2 で 4−10+6=0 (∘)、 x=3 で 9−15+6=0 (∘)。 両方解である。
(3) 解の公式
因数分解できないときは 解の公式 を使います。
x=2a−b±b2−4ac
例題: x2+3x+1=0 を解け。
a=1, b=3, c=1 を代入。
x=2×1−3±32−4×1×1=2−3±5
検算: 2 解の和は 2−3+5+2−3−5=−3 で −b/a=−3 と一致、 積は 4(−3)2−5=44=1 で c/a=1 と一致。 解は正しい。
ポイント: 根号の中b2−4ac をまちがえないこと。 ここがマイナスになることもあります (中学の範囲では解なしになる)。 ていねいに計算しましょう。
4. 方程式の文章題 (利用)
例題: 連続する 2 つの整数があり、 それぞれを 2 乗した数の和が 61 である。 この 2 つの整数を求めよ。
小さいほうを x とすると、 大きいほうは x+1。
x2+(x+1)2=61
x2+x2+2x+1=61⇒2x2+2x−60=0⇒x2+x−30=0
(x+6)(x−5)=0⇒x=−6, 5
よって (x,x+1)=(−6,−5) または (5,6)。
検算: (−6)2+(−5)2=36+25=61 (∘)、 52+62=25+36=61 (∘)。 どちらも成り立つ。
大事: 文章題では求めた解が 問題の条件に合うか を確かめます。 たとえば 「長さ」 を求めたのに解がマイナスなら、 その解は答えになりません。
どう問われるか
- 一次では 「x2−x−12=0 を解け」 「x2+4x+2=0 を解け」 のように、 因数分解か解の公式を選ぶ問題が出ます。
- 二次では文章題 (面積・連続する整数・速さなど) で 立式 → 解く → 条件でしぼる 流れが問われます。
よくまちがえるところ
方程式は、 解の公式の符号 と 解を落とすこと でつまずきます。
| まちがい | 例 | 直し方 |
|---|
| 解の公式の -b を b にする | x² + 3x + 1 = 0 で (3 ± √5) / 2 とする | 分子は -b から始まる。 (-3 ± √5) / 2 |
| 根号の中の -4ac の符号をまちがえる | c が負のとき b² - 4ac を b² + 4ac のつもりで引く | 公式どおり b² - 4ac に a, b, c をそのまま代入する |
| 平方根で解くとき負の解を落とす | x² = 5 の解を √5 だけとする | 2 乗して 5 になる数は 2 つ。 ±√5 |
| 因数分解した式から解の符号を逆にする | (x - 2)(x - 3) = 0 から x = -2, -3 とする | 各カッコを 0 にする値なので x = 2, 3 |
いちばん多いのは 解の公式の代入ミス です。 x² + 3x + 1 = 0 なら a = 1、 b = 3、 c = 1 で、 分子は -3 ± √(3² - 4 × 1 × 1) = -3 ± √5、 分母は 2 × 1 = 2 です。 とくに b や c が負の式では、 数だけを見て符号を落としやすいので、 代入する前に a, b, c を横に書き出す習慣をつけましょう。
二次方程式の解き方を使い分ける
| 式の形 | 使う方法 | 例 |
|---|
| x² = 数、 (x + p)² = 数 | 平方根をとる (±を忘れない) | x² = 5 なら x = ±√5 |
| x の項がなく因数分解できる | 2 乗の差の公式 | x² - 9 = 0 なら x = ±3 |
| かけて c、 たして b の 2 数が見つかる | 因数分解 | x² - 5x + 6 = 0 なら x = 2, 3 |
| 上のどれにも当てはまらない | 解の公式 | x² + 3x + 1 = 0 なら (-3 ± √5) / 2 |
見分ける順番は 「平方根 → 因数分解 → 解の公式」 です。 解の公式はどんな式にも使えますが計算が重いので、 最後の手段と考えます。 なお、 解の公式で出た答えも、 根号の中を簡単にしたり約分できたりすることがあるので、 最後まで整理しましょう。
大事: 文章題では、 出てきた 2 つの解が 両方とも答えになるとはかぎりません。 長さや人数を求めているのに負の解が出たら、 その解は条件に合わないので捨てます。 捨てた理由も書いておくと二次で評価されます。
自分でチェック
- 解の公式を正しく書ける
- a, b, c を書き出してから代入できる
- x² = 5 の解が ±√5 の 2 つだと言える
- 因数分解した式から解を正しい符号で読める
- 文章題で条件に合わない解を理由をつけて捨てられる
まとめ
- 移項は符号が反対になる
- 連立は加減法か代入法で文字を 1 つ消す
- 二次方程式は平方根・因数分解・解の公式の 3 通り
- 文章題は解が条件に合うかを確認
次章では、 グラフの世界 関数 (比例反比例・一次関数・y=ax2) を学びます。