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「両辺の係数を比べてよい」がルートの入った等式で成り立つ理由

が有理数なら、 です。ほかの組み合わせはありません。

見た目には当たり前ですが、成り立つ理由は が無理数であることにあります。そこを踏まないと、使ってよい場面が分からなくなる。

なぜ確かめる必要があるか

同じ形でも なら話が変わります。 なので、 でも でも値は

係数の組は 1 つに決まりません。 が有理数だからです。

で成り立って で成り立たない。この差がどこから来るかを見ます。

主張と証明

を有理数とし、 とします。移項して 1 つにまとめる。

ここで と仮定すると、両辺を で割れます。

右辺は有理数どうしの割り算なので有理数。 が無理数であることに反します[1]

canvas: 式は呼び出しにそのまま書いてください。この引数は焼けません -> drawMath(… eqlLine[eqlIndex][0] …)

したがって 。すると なので 、つまり です。

証明で使ったのは が無理数という 1 点だけ。 でも でも同じ議論が通ります。

等式が連立に分かれる

この性質があると、根号を含む 1 本の等式が、有理数の連立方程式 2 本に分かれます。

は有理数)なら かつ 。右辺を と見た形です。

canvas: 式は呼び出しにそのまま書いてください。この引数は焼けません -> drawMath(… splStage[splIndex][0] …)

例:解から方程式を作る

の解で、 は有理数とします。

を代入して整理すると

係数を比べて 。よって で、方程式は です。

代入して確かめると 。合っています。

例:二重根号を外す

の形に書けるか調べます。 は有理数とする。

両辺を 2 乗すると 。これが に等しい。

係数を比べて 。後者から です。

を入れると で、 または となり、有理数なのは

をとると 。左辺は正なので、こちらが答えです。

例:有理化した形で比べる

の形にします。分母を有理化するのが先。

です。 が整数とは限らない点に気をつけます。

係数を比べてよいのは、 が有理数だと決めたときだけです。

に無理数を許すと の解は無限にある。 もその 1 つ。

例:ルートが 2 種類あるとき

から は有理数)なら、4 つとも になります。

のどれも、有理数と残りの根号だけでは作れないためです。

のような式が成り立たないことも、ここから分かります。2 乗して比べれば となり、成り立ちません。

が有理数で が成り立つとき、 の組はどれですか。

  • 無数にある
__RESULT__

が無理数なので、有理数の部分と の係数がそれぞれ になります。 から です。

有理数の部分と根号の部分を、別々の等式として読む。根号を含む問題が、ふつうの連立方程式に変わります。

出典

Nombre irrationnel - Wikipédia
$a + b\sqrt{2} = 5 + 3\sqrt{2}$ で $a$ と $b$ が有理数なら、$a=5$、$b=3$ に決まります。$\sqrt{4}$ では決まりません。差が出るのは、$\sqrt{2}$ が無理数だからです。移項して $(b-d)\sqrt{2} = c-a$ とし、$b \neq d$ なら割れて $\sqrt{2}$ が分数になってしまう、という一手で示せます。この性質があると 1 本の等式が 2 本の連立に分かれる。$x = 1+\sqrt{2}$ を解にもつ $x^2+px+q=0$ の決め方、$\sqrt{3+2\sqrt{2}} = 1+\sqrt{2}$ の出し方まで扱いました。