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恒等式と方程式はどこが違うか|係数比較法

が成り立つのは のときだけです。いっぽう は、 に何を入れても成り立つ。

前者が方程式、後者が恒等式です。等号が並んでいる見た目は同じでも、意味するものが違います。方程式は「この値のときだけ釣り合う」、恒等式は「いつでも釣り合う」。

左は 本のグラフが 点で交わるだけ。その が方程式の解です。右は 本が完全に重なっているので、どこを見ても両辺が同じ値になります。

すべての x で成り立つ、をどう扱うか

「すべての で成り立つ」を、 を つずつ試して確かめるわけにはいきません。そこで次の性質を使います。

理由は簡単です。 を入れると 。残った に , を入れると と が出て、 が決まります。

逆にすべての係数が なら、どんな でも左辺は 。同値です。

係数比較法

つの整式が恒等的に等しいなら、移項した差がすべての で 。上の性質から、同じ次数の係数どうしが一致することになります。

これが係数比較法です。次の等式が についての恒等式になるよう , , を定めます。

右辺を展開して の降べきに整理します。

左辺と係数を並べて比べる。 の係数から 、 の係数から なので 、定数項から なので です。

, , を動かすと、細い曲線が太い曲線へ寄っていきます。 つが正しい値に届いた瞬間だけ、 本が完全に重なる。恒等式が成り立つのはこの 組だけです。

次数を先に見る

係数比較で手を止めないコツは、次数の高いほうから決めることです。上の例なら の係数から が即決まり、それを使って 、さらに と順に落ちていく。

連立方程式として一度に解こうとすると、 元連立に見えて重く感じます。実際は上から順に つずつ決まる形。

同じ次数の係数を縦に見て、左から順に確定させる。 本の縦線が左から灯っていく順番が、そのまま計算の順番です。

分数式でも同じ

分母に が入っていても考え方は変わりません。次の等式を恒等式にする , を求めます。

両辺に を掛けて分母を払うと、整式の恒等式になります。

右辺を整理して 。係数を比べて , から , です。

分母を払うときは、 と を除いた範囲での話になります。ただし両辺は整式なので、その 点でも連続してつながる。結局すべての で成り立ちます。

恒等式かどうかを見抜く

問題文に「恒等式」と書いてあれば迷いません。書いていない場合は、求める文字が何かを見ます。

を求めるなら方程式。 以外の , , を求め、 は「任意の値」として置かれているなら恒等式です。「 の値にかかわらず成り立つように」「つねに成り立つように」という言い回しが目印になります。

この読み分けを最初にやっておくと、途中で方針が揺れません。

方程式は特定の値でだけ釣り合い、恒等式はどんな値でも釣り合います。グラフでいえば交点か、完全な重なりか。ax² + bx + c = 0 がすべての x で成り立つのは係数が全部 0 のときだけ、という一点から係数比較法が出てきます。次数の高いほうから順に決めていく手順と、分母を払って分数式に当てはめる場合まで。