二次不等式の解に整数がいくつ入るか(入試で問われる数え上げ)
二次不等式を解いて範囲が出たら、あとは数直線に整数を並べて数えるだけです。ここで差がつくのは、端点が整数かどうかと、等号が付いているかどうかの 2 点。
は より で、整数は と の 2 個です。等号つきの なら になり、 と が加わって 4 個に増えます。
記号ひとつで答えが倍になる。数え上げの問題では、解いたあとの読み方が本番です。
上が等号なし、下が等号つきです。橙の点が数える対象で、白丸は範囲から外れた端点。
帯の長さは同じでも、両端に整数が乗っているかどうかで個数が変わります。端点が整数のときだけ、この差が出ます。
端点が整数でなければ等号は効かない
を解きます。因数分解できないので解の公式を使います。
なので、範囲はおよそ です。含まれる整数は 、、、 の 4 個。
この不等式が だったとしても、答えは同じ 4 個です。端点の が整数ではないので、含めても含めなくても整数の集合は動きません。
等号の有無が個数に効くのは、端点そのものが整数のときだけです。
無理数や整数でない有理数が端点なら、そこに数えるべき点は乗っていない。
端点が整数かどうかを最初に見れば、等号の扱いで悩む時間が省けます。
個数を数える 2 つのやり方
範囲が狭ければ書き出してしまうほうが確実です。 なら と並べれば終わります。
範囲が広いときは、両端から数えます。範囲に入る最小の整数を 、最大の整数を とすると、個数は 個。
なら 、 で 個です。 なら 、 で 個。
が より大きくなったら、その範囲に整数はありません。 なら 、 で個数は 個です。
| 、 で 4 個 | |
| 、 で 4 個 | |
| 、 で 2 個 | |
| 、 で 0 個 |
を落として と書く誤りが多い形です。 から までは 個ではなく 4 個、と両端を指で数えれば防げます。
例:解の公式から数える
を解きます。 なので、解は次のとおりです。
なので、範囲はおよそ です。含まれる整数は の 5 個。
近似値は数えるためだけに使います。答えとして範囲を書くときは のまま残します。
平方根の見積もりを誤ると個数がずれます。 は と の間、と押さえておけば の幅で判断でき、整数の集合は変わりません。
例:範囲が 2 つに分かれるとき
の解は または で、どちらも無限に伸びます。整数は無数にある。
範囲を限る条件が付くと数え上げになります。 かつ を満たす整数を数えます。
2 つの区間に分けて考えます。
区間が離れているときは、それぞれで数えて足します。重なりがないので、引き算は要りません。
負の側では と の大小をとり違えやすいところです。数直線を左から右へ書き、 の右隣が であることを目で確かめます。
定数が入ると区間が伸び縮みする
ここからが本題です。定数を含む不等式では、定数の値によって区間の端が動き、含まれる整数の個数が変わります。
を の下で考えます。解は で、右端だけが とともに動く。
右端が右へ動くにつれて、橙の点が 2 個、3 個、4 個と増えていきます。増えるのは端が整数をまたいだ瞬間だけ。
が を越えた瞬間に が入り、 を越えた瞬間に が入ります。個数は連続には変わらず、整数の位置で飛びます。
ちょうど 3 個になる の範囲
に整数がちょうど 3 個入る条件を求めます。 より大きい整数は から順に並ぶので、入るべきは です。
が入るには が要ります。 が入ってはいけないので 。
を確かめます。範囲は で、 は端点なので含まれません。整数は の 3 個で条件を満たします。
も確かめます。範囲は で整数は の 2 個。足りないので範囲から外れており、 という厳しい不等号が正しい。
境目の 2 つの値を必ず試す。これで等号の付け方はその場で決まります。
等号の向きは端点の含み方で決まる
さきほどの に等号が付いたのは、右端が開いていたからです。 なので は範囲に入らず、 が ちょうどでも は数えられません。
もし解が だったら話が変わります。 のとき が数に入ってしまうので、条件は になる。
でも は含まれない。ちょうど 3 個の条件は です。
なら が含まれてしまう。ちょうど 3 個の条件は になります。
不等号の開き閉じが、そのまま定数の範囲の開き閉じに移ります。もとの不等式に があるかどうかを、最後にもう一度見ます。
例:区間の幅が固定されている場合
を解きます。左辺は と変形できます。
なので です。幅が の閉区間が、 とともに平行移動する形になります。
が整数なら、、、 の 3 個が入ります。両端がちょうど整数に乗るためです。
が整数でなければ 2 個です。幅 の区間の中に整数は 2 個しか置けず、端にも乗りません。
のとき、 を満たす整数は何個ですか。
- 1 個
- 2 個
- 3 個
- 4 個
例:両端が同時に動く場合
を満たす整数がちょうど 5 個になる の範囲を求めます。
左辺を平方完成すると です。 のとき解は次のようになります。
を中心に、左右へ同じ幅だけ広がる区間です。 を とおくと、範囲は 。
を中心に整数を並べると 、 と 、 と 、 と の順に入ります。ちょうど 5 個なら から までです。
が入るには 、 が入らないためには 。したがって です。
なら で範囲は 、整数は 5 個です。 なら で範囲は 、整数は 7 個に増えます。だから は範囲に入りません。
対称な区間では個数が 2 個ずつ飛びます。5 個の次は 7 個で、6 個になる はありません。
個数が飛ぶ場所を先に押さえる
定数を含む問題では、個数が変わる瞬間の値をまず書き出すと見通しが立ちます。区間の端が整数に乗る値が、その候補です。
なら が候補。 なら が候補になります。
候補と候補の間では個数が動きません。だから範囲を答えるときは、隣り合う 2 つの候補ではさむ形になります。
不等式を解いて区間の形を書く
端が整数に乗る定数の値を並べる
必要な個数になる隣り合う 2 値ではさむ
両端の値を代入して等号を確かめる











左辺は (x−2.5)2−1 なので 1.5≤x≤3.5 です。含まれる整数は 2 と 3 の 2 個。a が整数でないと、幅 2 の閉区間には 2 個しか入りません。