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文字係数の二次方程式は二次とは限らない|高校数学の場合分け

を入れると、 という一次方程式になります。解は の 1 個だけ。

でなければ二次方程式です。 として公式に入れます。

同じ式が、 の値によって一次にも二次にもなる。文字係数の問題では、まずここを分けます。

の係数が かどうか

「二次方程式」と書かれていれば が前提です。ただ「方程式」とだけ書かれているときは、 も起こります。

x2 の係数が 0 になる場合を分ける

0 でない側で判別式を調べる

それぞれの場合の解を並べる

を、 で場合分けして最後まで解きます。判別式は です。

の範囲方程式の種類実数解
一次 の 1 個
二次なし
二次 の重解
二次異なる 2 個

のとき です。もとの式に入れると になります。

に近づくと放物線はどんどん開き、 で直線になります。曲線が消える瞬間に、解の個数も変わる。

例:因数分解できる形

と分かれます。展開すると で、もとの式に戻ります。

なら の 2 つ。 なら だけです。

になる では、2 つの解が重なります。 の重解。

のとき、 の 1 個。
のとき、 の重解。
それ以外のとき、 の 2 個。

因数分解できる形では、判別式を計算しなくても場合分けが読めます。2 つの解が等しくなる をさがせばよい。

例:解が指定されている

を解にもつような を求めます。代入すれば の方程式になる。

です。このときの式は で、 倍すると

から、もう一方の解は になります。

判別式に文字が入るとき

が実数解をもつ の範囲を調べます。判別式そのものが の二次式です。

が条件なので、 を解きます。 または

で確かめると で、 には実数解がありません。範囲の外にある値です。

についての判別式が、 についての二次不等式に変わります。

文字が 2 種類あるとき、どちらの文字について見ているかを毎回はっきりさせる。

例:重解をもつ

になるのは のときです。それぞれの重解を求めます。

重解は です。平方完成すると になるため。

なら なら 。実際に を入れると になります。

例: で割ってよいか

を「両辺を で割って 」と進めると、 が消えます。

移項して因数分解する形なら落ちません。

はいつでも解です。 ならもう 1 つ があり、 なら だけになります。

文字で割る

割った文字が のときの解が消える。 でないと分かっている場合にしか使えない

因数分解する

になる場合も式の中に残る。積が の形にしてから、それぞれを解く

例: の値によらず成り立つ

がどんな値でも解になる をさがすときは、 について整理します。 のような形。

でくくると となり、

に関係なく解です。 ごとに動きます。

について整理して、 の係数と定数項をどちらも にする、という見方もできます。 かつ から

例:実数解がちょうど 1 個になる

の実数解が 1 個になる を、すべて求めます。

判別式だけを見ると 。ここで止めると足りません。

のときは一次方程式になり、解は の 1 個です。こちらも条件を満たします。

答えは の 2 つ。判別式は の側でしか働かないため、 は別に調べます。

一次方程式になり、解は 1 個
二次方程式で 、重解が 1 個

「解が 1 個」と「重解」は同じ意味ではありません。重解は二次方程式の言葉です。

例:文字が分母にも現れる形

と分かれます。展開すると

なら の 2 つです。 なら の 1 個。

になるのは 、つまり のときです。このとき重解になります。

なら なら

のとき、 の 1 個。
のとき、 の重解。
のとき、 の重解。
それ以外のとき、 の 2 個。

例:文字が 2 つある

を解きます。 という形から、平方完成の相手が見えます。

平方根をとると で、 です。

なら 2 つが重なって の重解になります。 が正でも負でも、 が両方を拾うため答えの組は同じ。

判別式で確かめると となり、 なら正です。

よくある誤り

の係数が になる場合を落とすのが、最も多い形です。

「方程式」を「二次方程式」と読み、 を調べない。
で割って、 の場合を消してしまう。
判別式を の式だと思ったまま、 の不等式として解かない。
をとり違える。重解を含むかどうかで変わる。
場合分けの答えを、範囲を書かずに並べる。

最後の 1 つは書き方の問題です。「 のとき実数解なし」のように、範囲と結論を組にして書きます。

が実数解をもつ の範囲はどれですか。

  • かつ
__RESULT__

のとき となり、実数解があります。 のときは から 。合わせて です。

を解にもつとき、 はいくつですか。

__RESULT__

を代入すると となり、 から です。このとき式は で、 の重解になります。

文字が 1 つ増えるだけで、方程式の次数まで動きます。解き始める前に、 の係数が になる値を書き出しておきます。

$ax^2 + 2x - 1 = 0$ は $a = 0$ で一次方程式に変わり、解が 1 個に減ります。「二次方程式」と書かれていれば $a \neq 0$ が前提ですが、「方程式」とだけあるときは $x^2$ の係数が $0$ になる場合を分けます。判別式が $a$ の二次不等式に変わる形、$x$ で割ると $x = 0$ が消える理由、$a$ の値によらず成り立つ解の見つけ方まで。