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数学 高校生

数IIについて  「方程式の実数解をαとする」の部分で、置きかえるのはどうしてですか。

x の方程式 (1+i)x2+(k+i)x+3+3ki = 0 が実数解をもつように,実数k の値を定めよ。 また, その実数解を求めよ。 基本 38 CHART & SOLUTION 2次方程式の解の判別 判別式は係数が実数のときに限る 解答 方程式の実数解をα とすると D≧0 から求めようとするのは完全な誤り (下の INFORMATION 参照)。 実数解を α とすると (1+ i) a²+(k+i)a+3+3ki=0 この左辺をa+bi (a, b は実数) の形に変形すれば, 複素数の相等により a=0, b=0 ← α, k の連立方程式が得られる。 ←置きかえるのは どうして? 784) 複数が合されている (1+i)a²+(k+i)a+3+3ki=0 ...... x=α を代入する。 整理して (a²+ka+3)+(a²+a+3k) i=0 ←a+bi=0 の形に整理。 α, k は実数であるから, Q2+ka + 3, a²+α+ 3k も実数。この断り書きは重要。 よって a²+ka+3=0 ◆ 複素数の相等。 a²+a+3k=0 ① ② から ゆえに よって [1] k=1のとき ① ② はともに α2+α+3=0 となる。 これを満たす実数 α は存在しないから、不適。 [2] α=3のとき ①,②はともに 12+3k=0 となる。 ゆえに k=-4 [1], [2] から 求めるkの値は 実数解は (k-1)α-3(k-1)=0 (k-1)(a-3)=0 k=1 または α=3 ONE 2次方程式には適用できな k=-4 x=3 De ← α2 を消去。 inf を消去すると α3-2²-9=0 が得られ, 因数定理 (p.87 基本事項 2 を利用すれば解くことがて きる。 ←D=12-4・1・3=-11< ← ①:32 +3k+3=0 ②:32+3+3k=0 INFORMATION 2次方程式 ax²+bx+c=0 の解を判別式 D=62-4ac の符号によって判別できる のは a,b,cが実数のときに限る。 例えば,a=i, b=1,c=0 のとき -4ac=1>0 であるが, 方程式 ix2+x=0 の解 異なる2つの実数解をもたない (p.85 STEP UP 参照)。

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数学 高校生

+iはなぜいらないんですか

基本例題 62 解か 3次方程式x+ax²+bx+10=0 の1つの解が の定数 α b の値と他の解を求めよ。 CHART & SOLUTION x=α がf(x)=0の解⇔f(α)=0 代入する解は1個(x=2+i) で, 求める値は2個 (aとb)であるが、 複素数の相等 A, B が実数のとき A+Bi=0 ⇔ A=0 かつ B=0 解答 x=2+iがこの方程式の解であるから の値を求めることができる。 また、 実数を係数とする n 次方程式が虚数解をもつとき, 共役な複素数 αも解である により, α, bに関する方程式は2つできるから,a, とを用いて,次のように解いてもよい。 別解 1,2αとαが解であるから, 方程式の左辺は (x-α)(x-α) すなわち x2-(a+α)x+αα で割り切れることを利用する。 別解 3 3つ目の解をkとして,3次方程式の解と係数の関係を利用する。 (2+i)³+a(2+i)²+b(2+i)+10=0+ pe ここで, (2+i)=2°+3・22i+3.2i+i=2+11i, x=2+i (2+i)^=22+2・2i+i²=3+4i であるから 2+11i+α(3+4i) +6(2+i) +10=0 iについて整理すると 3a+26+12+(4a+b+11)i=0 3a+2b+12,4a+6+11 は実数であるから 3a+2b+12=0, 4a+6+11=0 であるとき これを解いて a=-2,6=-3 ゆえに, 方程式は x3-2x2-3x+10=0 f(x)=x²-2x2 - 3x+10 とすると p.98 基本事項 2 f(-2)=(-2)-2・(−2)²-3・(-2)+10=0 よって, f(x) は x+2 を因数にもつから f(x)=(x+2)(x2-4x+5) したがって, 方程式は <x+2)(x²−4x+5)=0 ゆえに x+2=0 または x2-4x+5=0 x2-4x+5=0 を解くと x=2±i よって,他の解は x=-2, 2-i 別解 1 実数を係数とする 3次方程式が数解 2+iをもつ から, 共役な複素数 2-1 もこの方程式の解である。 よって,x3+ax2+bx+10 は {x-(2+i)}{x-(2-)} infx-2=i と変 両辺を2乗する x²-4x+5=0 これを利用して x+ax²+bx+100 下げる方法 目以降と同じ)もある。 (p.93 基本例題55 この断り書きは A,Bが実数の A+Bi=0 ⇔A=0 かつ 組立除法 1 -2 -3 102 -2 8-10 1-450 の部分の断り書 重要。 右の割り が0に これが これを このと よっ ゆえ した: SAN 2 から よっ し ゆ 右

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数学 高校生

55.1 点線の下線部、x^n-1=(x-1)...のところがあまりピンときません。なぜこう言えるのでしょうか??

(x-2)で を考える。 二余りは、 1 または定数 , 2 b,cの を見つけな 1式)から ち6=3 下の練習 5 有効である。 を 伺ったときの すると、 ら (x-2)(x) +2)+R(土) 2 +al+RU を代入 がらで ったときの余り 00000 2以上の自然数とするとき, x-1 を (x-1)^2で割ったときの余りを求 [学習院大 ] めよ。 3x100+ 2x7 +1をx2 +1で割ったときの余りを求めよ。 ( 2 ) 指針 .88~90 でも学習したように, 実際に割り算して余りを求めるのは非現実的である。 ① 割り算の問題 等式 A=BQ+R の利用 R の次数に注意 B = 0 を考える がポイント。 (1) (2) ともに割る式は2次式であるから, 余りは ax+b とおける。 (1) 割り算の等式を書いてx=1 を代入することは思いつくが、それだけでは足りない。 そこで,次の恒等式を利用する。 ただし, nは2以上の自然数, α=1, 6°=1 a"-6"=(a-b)(a-1+α 2b+α"-362+ +ab+b^-1) (2) x2+1=0の解はx=± x=iを割り算の等式に代入して,複素数の相等条件 A, B が実数のとき A+Bi=0⇔A=0, B=0 を利用。 解答 (1) x-1 を (x-1)2で割ったときの商をQ(x), 余りをax+b | 解 (1) 二項定理の利用。 とすると 次の等式が成り立つ。 x-1={(x-1)+1}"-1 x-1=(x-1)'Q(x)+ax+b..... ① 両辺にx=1 を代入すると ① に代入して x"-1=(x-1)'Q(x)+ax-a 0=a+b すなわち b = -a =(x-1){(x-1)Q(x)+α} ここで, x”−1=(x-1)(x"-1+x"-2+ ······ +1) であるから x-1+xn-2+..+1=(x-1)Q(x)+α この式の両辺にx=1 を代入すると 1+1+ ······ +1=α 個 b=-n b=-αであるから a=n よって ゆえに, 求める余りは nx-n (2) 3x100+ 2x97 +1 を x²+1 で割ったときの商をQ(x), 余りを ax+b (a,b は実数) とすると,次の等式が成り立つ。 3x100+2x+1=(x2+1)Q(x)+ax+b 両辺にx=i を代入すると 3i100+2i07+1=ai+b j100= (i2)50=(−1)=1, 7°= (j') i=(-1) i=i であるから 3・1+2i+1=ai+b 4+2i=b+ai すなわち α, b は実数であるから したがって 求める余りは 基本 53,54 a=2, b=4 2x+4 練習 (1) 955 (2) x2+x+1をx+4で割ったときの余りを求めよ。 Ch(x-1)"+..+n C2(x-1) 2 + Ci(x-1)+1−1 =(x-1)^{(x-1)^2+...+nC2} nx-n ゆえに,余りは nx-n また, (x-α)の割り算は微 分法(第6章) を利用するのも 有効である (p.305 重要例題 194 など)。 微分法を学習す る時期になったら,ぜひ参照 してほしい。 xiは結果的に代入し なくてもよい。 実数係数の整式の割り算で あるから, 余りの係数も当 然実数である。 2以上の自然数とするとき, x を (x-2)で割ったときの余りを求めよ。 p.94 EX39 91 2章 10 剰余の定理と因数定理

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数学 高校生

62.2 (a,bは実数)は書いていた方がいいのでしょうが、書き忘れていても対して問題はないですか??

100 基本例題 62 x2+x+1で割ったときの余り f(x)=x80-3x40 +7 とする。 205384 (1) 方程式x2+x+1=0の解の1つをとするとき, f(ω)の値をωの1次 do to 表せ。 (2) f(x) を x2+x+1で割ったときの余りを求めよ。 を置け 00041 基本 53,61 重要 指針▷f(x) は次数が高いので, 値を代入した式を計算したり、割り算を実行したりするのは い。ここでは,これまでに学習した, 次の方針に従って進める。好 高次式の値条件式を用いて次数を下げる 割り算の問題 等式 A=BQ+R の利用。 B=0 を考える (1) は x2+x+1=0の解であるから w²+w+1=0 解答 (1) は x2+x+1=0の解であるから w²+w+1=0 よって w²=-w-1, w²+w=-1 ゆえに w³=w.w²=w(-w-1)=-(w²+w)=-(-1)=1 (*) また, 80=3・26+2,40=3・13+1であるから f(w)=w 8⁰-3w40 +7=(w³) ²6 • w²-3(w³) ¹³.w+7 これを用いてまずω° の値を求め、その値を利用してf (w) の式の次数を下げる。 (2) 求める余りはax+b と表されf(x)=(x2+x+1)Q(x)+ax+b これにx=ω を代入すると f(w)=aw+b Q(x)は商 =126.(-ω-1)-3・11・ω+7=-4ω+6 (2) f(x) を x2+x+1で割ったときの商を Q(x),余りをax+b (a,b は実数)とすると [証明] f(x)=(x2+x+1)Q(x)+ax+6 ω'+ω+1=0であるから (1) から -4w+6=aw+b a,b は実数, ω は虚数であるから a=-4,6=6 したがって 求める余りは -4x+6 f(w)=aw+b 参考] a,b,c, d が実数, 2 が虚数のとき (1) a+bz=0 ⇔ α = 0 かつ b = 0 (2 a+bz=c+dz ⇔a=c かつ b=d [①の証明] (←) 明らかに成り立つ。 b=0 と仮定すると 2=- a b b=0 0000 一 (*) w³-1 が成り立つ。 を求め上 る。 (1)→(1) → (2) =(w-1) (w²+w+1)=0 からω=1としてもよい。 は1の虚数の3乗根であ 次数を下げて1次式に A=BQ+R_ 2割式B=0 を活用。 (50)=(1+0) 下の[参考] ② を利用。 よって このとき a=0 ② の証明は, (a-c)+(b-d) z=0 として上と同様に考えればよい。 なお, 上の ①, ② は, p.62 の ② を一般の場合に拡張したものにあたる。 左辺は虚数,右辺は実数となるから矛盾。 TO FILIOR

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数学 高校生

40. x=αと置いた理由ってこういうことですか? (赤で書いたところ)

70 00000 重要 例題 40 係数に虚数を含む2次方程式の解 x の方程式(i+1)x²+(k+i)x+ki+1=0 が実数解をもつとき, 実数kの値を めよ。 ただし, =-1 とする。 類 専修 指針▷実数解をもつことから, 判別式D≧0を利用したいところだが,判別式が使えるのは, 係数が実数のときに限る。 そこで, 実数解をαとして (i+1)a²+(k+i)a+ki+1=0 えについて整理して (a²+ka+1)+(a2+a+k)i=0 ここで,複素数の相等条件 A,Bが実数のとき A+Bi=0⇔A = 0, B=0 ROO を利用する。 解答 方程式の実数解を x =α とすると (i+1)a²+(k+i)a+ki+1=0 iについて整理すると a2+ka+1, α² + α + k は実数であるから a²+ka+1=0 (a²+ka+1)+(a²+a+k) i=0 1, a²+a+k=0 ① ② から よって (k-1)(a-1)=0 [1] k=1のとき, ①, ② はともに a2+α+1=0 判別式をDとすると D<0であるから, αは虚数解となり,条件に適さない。 [2] α=1のとき, ② から k=-2 これは ① も満たす。 したがって k=-2 別解 [①, ② を導くところまでは同じ ] ②から 3 (k-1)a+1-k=0 よって このとき, ③から k=-a²-a ① に代入して整理すると a³-1=0 (a-1)(a²+a+1)=0 (2) ゆえに k=1 または α=1 ...... ゆえに a は実数であるから+α+1=(a+2/12/2)+1/12/3 20 α > α-1=0 すなわち α=1 k=-2 基本35 立 TRAHO A,Bが実数のとき A+Bi=0 D=12-4・1・1=-31 + sl- (実数αに対して① (a + ²/2 ) ² + + ²³²/ > 0 であることから,示しても よい。 A |⇔A=0,B=0.0 POL 0 SN FR TR- これは, 高次方程式 ( α の3 次方程式)。 高次方程式の解法は, p.95 以後を参照。 Hot 検討 判別式が使える条件 2次方程式 ax2+bx+c=0の解の種類を判別するときは, 判別式D=62-4ac を利用して考え るが,そのとき, 係数 α, b,cが実数であるという条件を忘れてはいけない。 例えば, 方程式ix2+x=0 に対し, 判別式を適用するとD=12-4•i•0=1>0であり しかし 方程式を解くとx=0であり

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