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絶対値のついた二次方程式……はずしたあとの答えが本当に解か

と同じ値です。 乗すれば符号が消えるため、絶対値をつけても変わりません。

と置くと、式全体が の二次方程式になります。

から 。ここから を解きます。

。解は 4 個です。

グラフは 軸で折り返した形になります。 に替えても値が変わらないため、交点も左右対称。

置き換えた 以上

には という制限があります。負の が現れたら、そこからは が 1 個も対応しません。

を見ます。 から

という意味です。絶対値は負にならないため、これは落とします。

残る から の 2 個。 の解は 2 つでも、 の解は 2 個です。

t = |x| と置く

t の二次方程式を解く

負の t を落とす

|x| = t を解いて x に戻す

解の個数は 0 個から 4 個まで

正の 1 つにつき が 2 個、 につき の 1 個です。

の解 の個数式の例
正が 2 つ4 個
正が 1 つと 03 個
正が 1 つと負が 1 つ2 個
と負が 1 つ1 個
負だけ、または実数解なし0 個

です。使えるのは だけなので、 の 1 個。

判別式は です。 の段階で実数解がありません。

放物線と直線なら交点は 個までですが、折り返した形では 個まであります。谷が つあるためです。

の中に があるとき

では、絶対値の中が でも でもかまいません。 という意味です。

から から

解は 4 個。右辺が正の数だから、どちらの場合も生き残ります。

右辺が負なら解はありません。 は左辺が 以上なので、成り立つ がない。

の形は、 が正のとき の 2 通りに分かれます。

なら の 1 通り、 が負なら成り立つ はない。

場合分けで解く

置き換えが使えるのは、絶対値の中と外が同じ文字でそろっているときです。 のようにずれていると、場合分けに切り替えます。

を解きます。 の符号で 2 つに分ける。

のとき です。

から 。ただし今は の場合を見ているため、 は使えません。

のとき です。

から なので は落ちます。

答えは の 2 個です。

範囲に合うかを必ず見る

場合分けで求めた値は、その場合の範囲に入っているものだけが解になります。上の例では 4 つの値のうち 2 つが落ちました。

範囲を確かめずに全部並べると、成り立たない値まで答えに混ざります。 をもとの式に入れると で、 になりません。

置き換えで解く

しかない式に使う。 を落とさなければよい

場合分けで解く

絶対値の中身がずれている式に使う。求めた値が範囲に入るかを毎回見る

例:右辺にも がある

を解きます。左辺は 以上なので、まず が必要です。

の符号で分けます。 または のとき、中身は 以上。

です。 に、 に入っているため、どちらも残ります。

のとき、中身は負なので

のうち、 に入るのは だけ。答えは の 3 個です。

よくある誤り

が負のときに落とし忘れる形と、場合分けの範囲を見ない形の 2 つが多い。

から としてしまう。
のとき が 2 個あると数える。
場合分けで求めた値を、範囲を見ずに全部並べる。
が負のとき、 と分けてしまう。
と書き替えてしまう。

最後の 1 つは値が変わります。 で比べると、 に対して

の実数解は何個ですか。

  • 4 個
  • 2 個
  • 3 個
__RESULT__

から です。どちらも正なので の 4 個になります。

の実数解はどれですか。

__RESULT__

から です。 にあたり、この からは が対応しません。残るのは

絶対値をはずすところまでは、置き換えでも場合分けでも進みます。はずしたあとに、 か、場合分けの範囲かを見る。この一手を落とすと、答えの個数がずれます。

$x^2 - 4|x| + 3 = 0$ は $t = |x|$ と置けば $t^2 - 4t + 3 = 0$ になり、$t = 1,\ 3$ から $x$ が 4 個。$t$ が負なら $x$ は 1 個も対応しません。$|x - 1|$ のように中身がずれている式では場合分けに切り替え、求めた値がその範囲に入るかを毎回見ます。実数解が 0 個から 4 個まで動く理由と、$|x-1|$ を $|x|-1$ と書き替える誤りまで。