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二次方程式の判別式が負のとき、解は共役な 2 つの虚数になる

、、 を実数、 として を解の公式にかけます。

根号の中の を判別式といい、この符号だけで解の顔ぶれが決まる。

3 通りに分かれる

なら根号の中が正で、異なる 2 つの実数解。 なら根号が消えて の重解。

のときは を と読みかえます。

実部は で共通、虚部だけが符号違い。共役な 2 つの虚数解になります。

異なる 2 つの実数解
重解(実数が 1 つ)
共役な 2 つの虚数解

グラフとの対応

のグラフが 軸とどう交わるかが、そのまま の符号です。2 点で交わる、1 点で接する、交わらない。

で交点が消えるのは、 になる実数の がないから。解そのものは 2 つあり、実軸から外れた場所にいます。

例:

で負。 と書きかえます。

実部はどちらも 、虚部が 。共役な 2 つが並びました。

を入れて確かめます。。

これに と を足すと、虚部が消えて 。

例:

。 です。

が偶数のため を使ってもよく、 と同じ答えに着きます。

の解はどれですか。

__RESULT__

で です。 になります。分母の で割り忘れると の形になる。

解と係数の関係は符号によらない

2 つの解を 、 とすると、 が正でも負でも同じ関係が成り立ちます。

のときは と が共役だから、和も積も実数。 は実部の 2 倍、 は実部と虚部の 2 乗和で、どちらも実数に落ちます。

係数が実数のままつじつまが合うのは、この 2 つが実数になるからです。

例: を解に持つ二次方程式

和は 、積は 。

の形に入れます。

判別式は で、たしかに負。虚数解を 1 つ決めれば、実数係数の方程式は係数の比まで決まります。

例:虚数解を持つ の範囲

が虚数解を持つ条件を求めます。 が偶数のため で計算する。

虚数解を持つのは のときだから、。答えは です。

で試すと となり 。範囲の中に入っている値で、たしかに虚数解になりました。

が虚数解を持つ の範囲はどれですか。

  • または
__RESULT__

です。虚数解を持つのは 、つまり から になります。 は で重解、範囲の外は実数解が 2 つ。

重解のときだけ「1 つ」と数える

の解は の 1 つですが、 という形なので、2 つが重なっていると見ることもできます。

この見方をとると、二次方程式の解は複素数の範囲でいつも 2 つ。 の符号は、その 2 つが実軸に乗るか、実軸をはさんで対称に浮くかを決めているだけになります。

判別式は解の個数を数える道具というより、2 つの解がどこにいるかを教える符号です。

$ax^2 + bx + c = 0$ の解は、根号の中の $D = b^2 - 4ac$ の符号で 3 通りに分かれます。$D > 0$ なら実数解が 2 つ、$D = 0$ なら重解、$D < 0$ なら $\sqrt{D}$ が $\sqrt{|D|}\,i$ に化けて共役な虚数解が 2 つ。グラフでは $x$ 軸と 2 点で交わる、接する、交わらないの 3 つに対応する。解と係数の関係は符号によらず $\alpha + \beta = -\dfrac{b}{a}$、$\alpha\beta = \dfrac{c}{a}$ のままです。$1 \pm 2i$ を解に持つ方程式へ戻す手順と、虚数解を持つ $k$ の範囲まで。