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2次方程式の解き方(2)(複雑な2次方程式、展開、置き換え、二乗の利用)(標)

 

今回は、前回より難しい2次方程式の解き方を見ていく

このレベルまでできれば、十分ではある。

 

前回 2次方程式の解き方と練習問題(1)(基)

次回 2次方程式の解き方(3)(難)

 

3.1  2次方程式の解き方

  3.1.1  基本的な2次方程式の解き方(1)(基)

  3.1.2  2次方程式のの解き方(2)(展開・置き換え・二乗利用)(標)

  3.1.3  2次方程式の解き方(3)(たすき掛け、係数が平方根、文字係数)(難)

  3.1.4 補題・2元2次連立方程式

 

 

1.展開の利用

 例題01 以下の2次方程式を解け

(1) 2x(x-1)=(x+3)(x-1) 

(2) (x+2)^2=x+4

(3) (x+1)^2=2 

(4) 4(x+2)(x-5)+24=0

(5) -\frac{x^2+x}{4}+\frac{x+3}{2}=0

 

解説

=0になるように展開して整理する必要がある。

後は、前回の問題と同じように解ける。

 

 展開の方法→少し複雑な展開

 2次方程式の解き方→基本的な2次方程式の解き方(基)

 

(1)

 2x(x-1)=(x+3)(x-1) 

 2x^2-2x=x^2+2x-3

 x^2-4x+3=0

 あとは因数分解して解く

 

(2)

 (x+2)^2=x+4

 x^2+4x+4=x+4

 x^2+3x=0

 あとは共通因数でくくればよい

 

(3)

 (x+1)^2=2 

 x^2+2x+1=2

 x^2+2x-1=0

 あとは解の公式をつかう。

 

(4)

 4(x+2)(x-5)+24=0

 4x^2-12x-40+24=0

 4x^2-12x-16=0

 あとは、全部の項を4で割って因数分解

 

(5)

  -\frac{x^2+x}{4}+\frac{x+3}{2}=0

 分数が消えるように-4倍する

  -\frac{x^2+x}{4}×(-4)+\frac{x+3}{2}×(-4)=0

  (x^2+x)-2(x+3)=0

  x^2-x-6=0

 

解答

(1)

 2x(x-1)=(x+3)(x-1) 

 2x^2-2x=x^2+2x-3

 x^2-4x+3=0

 (x-1)(x-3)=0

 x=1,3・・・答

(2)

 (x+2)^2=x+4

 x^2+4x+4=x+4

 x^2+3x=0

 x(x+3)=0

 x=0,-3・・・答

(3)

 (x+1)^2=2 

 x^2+2x+1=2

 x^2+2x-1=0

  x=\frac{-2±\sqrt{8}}{2}

  x=\frac{-2±2\sqrt{2}}{2}

  x=-1±\sqrt{2}・・・答

(4)

 4(x+2)(x-5)+24=0

 4x^2-12x-16=0

 x^2-3x-4=0

 (x-4)(x+1)=0

 x=4,-1・・・答

 

(5)

 -\frac{x^2+x}{4}+\frac{x+3}{2}=0

 (x^2+x)-2(x+3)=0

 x^2-x-6=0

 (x-3)(x+2)=0

 x=3,-2・・・答

 


練習問題01

(1) (x-1)(x+3)=12

(2) 2x^2+1=x(x+2)

(3) 4(x-1)^2 +9x-8=(x-2)(x+2)

(4) x^2+4x-16=2x(x-2)

(5) 2(x-3)^2=20-8x

(6) \frac{x^2+2x-8}{4}=\frac{x^2+5x-6}{6}


 

2.置き換え①

例題02

(1) (x+13)^2-2(x+13)-35=0

(2) (x-\sqrt2)^2+6(\sqrt2-x)+9=0

(3) (x+120)^2-(x+120)-3=0

(4) (x-131)(2x-25)+(x-131)(x+125)=0

(5) (x-3)^2-4(x-5)^2=0

(6) (x+3)^2 -2(x+3)(x-2)-3(x-2)^2=0

 

解説

 展開でも出てきた「同じ部分をAとおく」パターン

 →因数分解の工夫(1)

工夫する方法が思いつかないなら、展開して整理しよう。

 

(1)

A=x+13とおくと

 (x+13)^2-2(x+13)-35=0

 A^2-2A-35=0

このように、因数分解しやすい形になる。

もちろん

 (A+5)(A-7)=0

あとは、Aを元に戻すと

 (x+13+5)(x+13-7)=0

 (x+18)(x+6)=0

  x=-18,-6・・・答

 

(2)

同じ部分を作るために、6(\sqrt2-x)を-1でくくると

 (x-\sqrt2)^2+6(\sqrt2-x)+9=0

 (x-\sqrt2)^2-6(x-\sqrt2)+9=0

A=x-\sqrt2とおくと、

 A^2-6A+9=0

 (A-3)^2=0

あとはAを元に戻す。

 (x-\sqrt2-3)^2=0

  x=\sqrt2+3・・・答

 

(3)

A=x+120とおく

 (x+120)^2-(x+120)-3=0

 A^2-A-3=0

これは、因数分解できないので、

解の公式より

 A=\frac{1±\sqrt{13}}{2}

Aを元に戻して、

 x+120=\frac{1±\sqrt{13}}{2}

 x=\frac{1±\sqrt{13}}{2}-\frac{240}{2}

 x=\frac{-239±\sqrt{13}}{2}・・・答

因数分解できないなら、解の公式をつかって解く。

 

(4) 

A=x-131とおくと

 (x-131)(2x-25)+(x-131)(x+125)=0

 A(2x-25)-A(x+125)=0

共通因数でくくると

 A \{ (2x-25)-(x+125) \} =0

 A(x-150)=0

Aを元にもどして、

 (x-131)(x-150)=0

よって、x=131,150・・・答

 

(5) 二乗-二乗の形になっている。

 (x-3)^2-4(x-5)^2=0

A=x-3, B=x-5とおくと

 A^2-4B^2=0

 (A-2B)(A+2B)=0

A、Bを元に戻すと

 (x-3-2(x-5) )(x-3+2(x-5) )=0

 (7-x)(3x-13)=0

よって、x=7,\frac{13}{3}・・・答

 

(6)

 (x+3)^2 -2(x+3)(x-2)-3(x-2)^2=0

A=x+3, B=x-2とおく

 A^2-2AB-3B^2=0

これで因数分解しやすい形になった。

 (A-3B)(A+B)=0

 (x+3-3(x-2) )(x+3+(x-2) )=0

 (9-2x)(2x+1)=0

よって、x=\frac92, -\frac12・・・答

 

解答

(1)

 (x+13)^2-2(x+13)-35=0

A=x+13とおく

 A^2-2A-35=0

 (A+5)(A-7)=0

 (x+13+5)(x+13-7)=0

 (x+18)(x+6)=0

  x=-18,-6・・・答

(2)

 (x-\sqrt2)^2+6(\sqrt2-x)+9=0

 (x-\sqrt2)^2-6(x-\sqrt2)+9=0

A=x-\sqrt2とおく

 A^2-6A+9=0

 (A-3)^2-0

 (x-\sqrt2-3)^2=0

  x=\sqrt2+3・・・答

 

(3)

 (x+120)^2-(x+120)-3=0

A=x+120とおく

 A^2-A-3=0

  A=\frac{1±\sqrt{13}}{2}

  x+120=\frac{1±\sqrt{13}}{2}

   x=\frac{-239±\sqrt{13}}{2}・・・答

 

(4)

 (x-131)(2x-25)+(x-131)(x+125)=0

A=x-131とおくと

 A(2x-25)-A(x+125)=0

 A(2x-25-x-125)=0

 A(x-150)=0

 (x-131)(x-150)=0

よって、x=131,150・・・答

 

(5)

 (x-3)^2-4(x-5)^2=0

A=x-3, B=x-5とおくと

 A^2-4B^2=0

 (A-2B)(A+2B)=0

 (x-3-2x+10)(x-3+2x-10)=0

 (7-x)(3x-13)=0

よって、x=7,\frac{13}{3}・・・答

 

(6)

 (x+3)^2 -2(x+3)(x-2)-3(x-2)^2=0

A=x+3, B=x-2とおく

 A^2-2AB-3B^2=0

 (A-3B)(A+B)=0

 (x+3-3x+6)(x+3+x-2)=0

 (9-2x)(2x+1)=0

よって、x=\frac92, -\frac12・・・答

 


練習問題02

(1) (6x-7)^2-17(6x-7)+60=0

(2) (2x-3)^2+(2x-3)-12=0

(3) (x-3)^2+4(3-x)=-3

(4) (x^2+3x)^2-6(x^2+3x)+8=0

(5) (x-2)^2+3(x-2)-1=0

(6) (x-2)(2x+1)-(x-1)(x-2)=0

(7) 9(x-3)^2-(2x-3)^2=0

(8) (2x-3)^2+6(2x-3)(x+3)+5(x+3)=0

 <出典: (1)ラ・サール (2)関西学院 (6)明治学院


 

3.置き換え② 平方根

例題03-1 以下の2次方程式を解け

(1) (x+3)^2=7

(2) (x-2)^2=16

(3) 2(x-3)^2-6=0

(4) (x+3)^2=3(x+3)^2-49

 

解説

展開して整理してもいいが、置き換えで解いたほうが早い。

やり方を確認していこう。

 

(1)

A=x+3とおくと

 (x+3)^2=7

 A^2=7

 A=±\sqrt7

Aを元に戻して

 x+3=±\sqrt7

 x=-3±\sqrt7・・・答

 

(2) 

A=x-2とおくと

 (x-2)^2=16

 A^2=16

 A=±4

Aを元に戻すと

 x-2=±4

 x=±4+2

+4の場合と-4の場合それぞれ計算する。

 x=6,-2・・・答

 

(3) 

A=x-3とおくと

 2(x-3)^2-6=0

 2A^2-6=0

 2A^2=6

 A^2=3

 A=±\sqrt3

Aを元にもどして

 x-3=±\sqrt3

 x=3±\sqrt3・・・答

 

(4)

 A=x+3とおくと

 A^2=3A^2-49

 2A^2=49

 A^2=\frac{49}{2}

 A=±\frac{7}{\sqrt2}

 A=±\frac{7\sqrt2}{2}

Aを元にもどして

  x+3=±\frac{7\sqrt2}{2}

  x=-3±\frac{7\sqrt2}{2}・・・答

 

解答

(1)

 (x+3)^2=7

 x+3=±\sqrt7

 x=-3±\sqrt7・・・答

 

(2)

 (x-2)^2=16

 x-2=±4

 x=6,-2・・・答

 

(3)

 2(x-3)^2-6=0

 (x-3)^2=3

 x-3=±\sqrt3

 x=3±\sqrt3・・・答

 

(4)

 (x+3)^2=3(x+3)^2-49

 2(x+3)^2=49

 (x+3)^2=\frac{49}{2}

 x+3=±\frac{7}{\sqrt2}

 x+3=±\frac{7\sqrt2}{2}

 x=-3±\frac{7\sqrt2}{2}・・・答

 


練習問題03-1

(1) (x+2)^2-9=0

(2) 3(x+5)^2=6

(3) 4(x-2)^2-25=0

(4) 4(x-\sqrt2)^2-2=0


 


例題03-2 

 以下の2次方程式を、(x+m)^2=nに変形して解け

 (1) x^2-2x-17=0

 (2) 2x^2+x-1=0

 

解説

入試には余り出ない。

どちらかと言うと定期テストに出やすい問題。

式中に(x+m)^2が出るように調節しよう。

 

やり方はいろいろあるが、

 ①定数項を左側に移す

 ②(x+m)^2が出るように調節

 する方法が多い。

 

確認しよう

(1)

  x^2-2x-17=0

 ①定数項を左側に移す

  x^2-2x=17

 ②(x+m)^2が出るように調節

 左側x^2-2xは、x^2-2x+1であれば(x+1)^2に出来る。

 だから、両辺に+1をして

  x^2-2x+1=17+1

  (x-1)^2=18

 

 あとは、例題03-1のように解く

  A=x-1とおくと

   A^2=18

   A=±3\sqrt2

  Aを元に戻して

   x-1=±3\sqrt2

   x=1±3\sqrt2・・・答

 

 (2)

 2x^2+x-1=0

 2x^2+x=1

まず、x^2の係数が邪魔なので、2で割る

あとは同じようにしていく

 x^2+\frac12 x=\frac12

 x^2+\frac12 x +\frac{1}{16} = \frac12 + \frac1{16}

 (x+\frac14)^2=\frac{9}{16}

 x+\frac14=±\frac{3}{4}

 x=-\frac14±\frac34

 x=\frac12,-1・・・答

 

解答

(1)

 x^2-2x-17=0

 x^2-2x=17

 x^2-2x+1=17+1

 (x-1)^2=18

 x-1=±3\sqrt2

 x=1±3\sqrt2・・・答

 

(2)

 2x^2+x-1=0

 x^2+\frac12 x=\frac12

 x^2+\frac12 x +\frac{1}{16} = \frac12 + \frac1{16}

 (x+\frac14)^2=\frac{9}{16}

 x+\frac14=±\frac{3}{4}

 x=\frac12,-1・・・答

 


練習問題03-2 

(1) 2次方程式 x2+10x+5=0を以下のように解いた。

  空所に当てはまる数を答えよ。

   x2+10x+5=0

   x2+10x=  

   x2+10x+    

   (x+5)2  

   x+5=  

   x=  

(2) 2次方程式 x2+4x-1=0を以下のように解いた。

  空所に当てはまる数を答えよ。

   x2+4x-1=0

   x2+4x-1+    

   (x+2)2  

   x+2=  

   x=  

(3) xに関する二次方程式ax^2+bx+c=0の解が

   x=\frac{ -b±\sqrt{b^2-4ac} }{2a}

 であることを示せ。


 

4.演習問題


演習問題 以下の2次方程式を解け

(1) (x+3)(x+8)=-6

(2) (4+x)(6-x)=3(x+8)  

(3) 3(x^2-4)=(x-2)(x-4) 

(4) (x-3)(x+8)=-4x+12 

(5) 3(x-1)(x+1)-2x(x-5)=7 

(6) (x-2)(3x-1)=(2x-3)(x+1) 

(7) (3x-5)^2-5(3x-5)+6=0 

(8) (3x+13)^2-4(3x+13)-221 

(9) (x-6)(2x-1)-(x-6)(3x-8)=0 

(10) (x-1)^2+12(1-x)+35 

(11) 4(x-1)^2-(x+2)^2=0 

(12) (x^2-6x)^2-8(x^2-6x)-128=0 

(13) 2(x-4)^2=5(x-4)^2-27 

<出典:(2)梅花(3)信愛女学院(4)明治学院 (5)青雲(6)東京学芸大付属(7)青雲(8)ラ・サール(9)立川(10)共立女子 (11)洛南 (12)徳島文理 (13)都立高専


 

5.解答


練習問題・解答

練習問題01

(1)

 (x-1)(x+3)=12

 x^2+2x-3=12

 x^2+2x-15=0

 (x-3)(x+5)=0

 x=3,-5・・答

(2)

 2x^2+1=x(x+2)

 2x^2+1=x^2+2x

 x^2-2x+1=0

 (x-1)^2=0

 x=1・・答

(3)

 4(x-1)^2 +9x-8=(x-2)(x+2)

 4x^2-8x+4+9x-8=x^2-4

 3x^2+x=0

 x(3x+1)=0

 x=0,-\frac13・・答

(4)

 x^2+4x-16=2x(x-2)

 x^2+4x-16=2x^2-4x

 -x^2+8x-16=0

 x^2-8x+16=0

 (x-4)^2=0

 x=4・・答

(5)

 2(x-3)^2=20-8x

 2x^2-12x+18=20-8x

 2x^2-4x-2=0

 x^2-2x-1=0

  x=\frac{2±\sqrt{8}}{2}

  x=1±\sqrt2・・答

(6)

 \frac{x^2+2x-8}{4}=\frac{x^2+5x-6}{6}

 3(x^2+2x-8)=2(x^2+5x-6)

 3x^2+6x-24-2x^2-10x+12=0

 x^2-4x-12=0

 (x-6)(x+2)=0

 x=6,-2・・答

 

練習問題02

解答はAとおかない

(1)

 (6x-7)^2-17(6x-7)+60=0

 ( (6x-7)-12)(6x-7)-5)=0

 (6x-19)(6x-12)=0

 x=\frac{19}{6}, 2・・答

(2)

 (2x-3)^2+(2x-3)-12=0

 ( (2x-3)-3) ( (2x-3)+4)=0

 (2x-6)(2x+1)

 x=3,-\frac12・・答

(3)

 (x-3)^2+4(3-x)=-3

 (x-3)^2-4(x-3)+3=0

 ( (x-3)-3)( (x-3)-1))=0

 (x-6)(x-4)=0

 x=6,4・・答

(4)

 (x^2+3x)^2-6(x^2+3x)+8=0

 ( (x^2+3x-2)(x^2+3x-4)=0

 (x^2+3x-2)(x-1)(x+4)=0

ここで、

 x^2+3x-2=0

  x=\frac{-3±\sqrt{17}}{2}

であるから、

 x=1,4,\frac{-3±\sqrt{17}}{2}・・答

(5)

 (x-2)^2+3(x-2)-1=0

 解の公式より、

  x-2=\frac{-3±\sqrt{13}}{2}

  x=\frac{1±\sqrt{13}}{2}・・答

(6)

 (x-2)(2x+1)-(x-1)(x-2)=0

 (x-2)(2x+1-x+1)=0

 (x-2)(x+2)=0

 x=2,-2・・答

(7)

 9(x-3)^2-(2x-3)^2=0

 (3(x-3)-(2x-3))(3(x-3)+(2x-3))=0

 (3x-9-2x+3)(3x-9+2x-3)=0

 (x-6)(5x-12)=0

 x=6,\frac{12}{5}・・答

(8)

 (2x-3)^2+6(2x-3)(x+3)+5(x+3)=0

 ( (2x-3)+(x+3) )( (2x-3)+5(x+3) )=0

 3x(7x+12)=0

 x=0,-\frac{12}{7}・・答

 

練習問題03-1

(1)

 (x+2)^2-9=0

 (x+2)^2=9

 x+2=±3

 x=1,-5・・答

(2)

 3(x+5)^2=6

 (x+5)^2=2

 x+5=±\sqrt2

 x=-5±\sqrt2・・答

(3)

 4(x-2)^2-25=0

 (x-2)^2=\frac{25}{4}

 x-2=±\frac52

 x=\frac92,-\frac12・・答

(4)

 4(x-\sqrt2)^2-2=0

 (x-\sqrt2)^2=\frac12

 x-\sqrt2=±\frac{1}{\sqrt2}

 x-\sqrt2=±\frac{\sqrt2}{2}

 x=\frac{3\sqrt2}{2}, \frac{\sqrt2}{2}・・答

 

 

練習問題03-2 

(1) 

   x2+10x+5=0

   x2+10x= -5 

   x2+10x+ 25  20 

   (x+5)2 20 

   x+5= ±2√5 

     x= -5±2√5 

 

(2) 

   x2+4x-1=0

   x2+4x-1+ 5  5 

   (x+2)2 5 

   x+2= ±√5 

    x= -2±√5 

 

 (3)

 ax^2+bx+c=0

 x^2+\frac{b}{a}x=-\frac{c}{a}

 x^2+\frac{b}{a}x+\frac{b^2}{4a^2}=+\frac{b^2}{4a^2}-\frac{c}{a}

 (x+\frac{b}{2a})^2=\frac{b^2-4ac}{4a^2}

 x+\frac{b}{2a}=±\frac{ \sqrt{b^2-4ac} }{2a}

 x=\frac{-b±\sqrt{b^2-4ac} }{2a}

 

演習問題・解答

演習問題 

(1)

 (x+3)(x+8)=-6

 x^2+11x+30=0

 (x+5)(x+6)=0

 x=-5,-6・・答

(2)

 (4+x)(6-x)=3(x+8) 

 24+2x-x^2=3x+24

 -x^2-x=0

 x(x+1)=0

 x=0,-1・・答

(3)

 3(x^2-4)=(x-2)(x-4)

 3(x-2)(x+2)-(x-2)(x-4)=0

 (x-2)(3(x+2)-(x-4) )=0

 (x-2)(2x+10)=0

 x=2,-5・・答

(4)

 (x-3)(x+8)=-4x+12

 (x-3)(x+8)=-4(x-3)

 (x-3)(x+8)+4(x-3)=0

 (x-3)(x+12)=0

 x=3,-12・・答

(5)

 3(x-1)(x+1)-2x(x-5)=7

 3x^2-3-2x^2+10x-7=0

 x^2+10x-10=0

  x=\frac{-10±\sqrt{140}}{2}

  x=\frac{-10±2\sqrt{35}}{2}

  x=-5±\sqrt{35}・・答

(6)

 (x-2)(3x-1)=(2x-3)(x+1)

 3x^2-7x+2=2x^2-x-3

 x^2-6x+5=0

 (x-1)(x-5)=0

 x=1,5・・答

(7)

 (3x-5)^2-5(3x-5)+6=0

 ( (3x-5)-2 )( (3x-5)-3)=0

 (3x-7)(3x-8)=0

 x=\frac{7}{3},\frac{8}{3}・・答

(8)

 (3x+13)^2-4(3x+13)-221=0

 ( (3x+13)+13)( (3x+13)-17)=0

 (3x+26)(3x-4)=0

 x=-\frac{26}{3}, \frac{4}{3}・・答

(9)

 (x-6)(2x-1)-(x-6)(3x-8)=0

 (x-6)(2x-1-(3x-8) )=0

 (x-6)(7-x)=0

 x=6,7・・答

(10)

 (x-1)^2+12(1-x)+35

 (x-1)^2-12(x-1)+35

 ( (x-1)-7)( (x-1)-5)=0

 (x-8)(x-6)=0

 x=6,8・・答

(11)

 4(x-1)^2-(x+2)^2=0

 (2(x-1)+(x+2) )( 2(x-1)-(x+2) )=0

 3x(x-4)=0

 x=0,4・・答

(12)

 (x^2-6x)^2-8(x^2-6x)-128=0

 (x^2-6x+8)(x^2-6x-16)=0

 (x-2)(x-4)(x-8)(x+2)=0

 x=--2, 2,4,8・・答

(13)

 2(x-4)^2=5(x-4)^2-27

 3(x-4)^2=27

 (x-4)^2=9

 x-4=±3

 x=7,1・・答

 


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