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2 つの二次方程式の「共通解」は引き算で 1 次式に落ちる

と が共通の解をもつ をさがします。共通解を と置くと、2 つの式が同時に成り立ちます。

の係数がそろっているので、引くと消えます。

または です。2 次だった式が、引き算で 1 次に落ちました。

引き算で消えるのは の項

共通解は両方の式を満たします。だから 2 式の差も満たす。差をとると が消え、 の一次式になります。

一次式なら が 1 つに決まります。候補が絞れたところで、もとの式に戻して確かめる。

共通解を α と置く

2 式に代入して差をとる

一次式から α または係数を絞る

もとの式へ戻して確かめる

引き算で得られる条件は、共通解があるなら成り立つ、という向きだけです。逆向きは自分で確かめます。

場合を 1 つずつ調べる

さきほどの を、2 つに分けます。

のとき、2 つの式はどちらも になります。判別式は で負。

実数解が 1 つもないため、共通解もありません。 は落ちます。

のとき、1 本目に代入して から です。

2 本目でも確かめます。 となり、こちらも成り立ちます。

のとき、式は と です。

解は と 。共通しているのは の 1 つだけです。

グラフでは、2 つの放物線が同じ場所で 軸を切っている状態です。 でだけ重なっています。

例:片方が具体的に解けるとき

と が共通解をもつ を求めます。1 本目には文字がありません。

の解は です。共通解があるなら、 か のどちらか。

を 2 本目に入れると で 。

を入れると で 。

のとき 、両辺を で割って 。解は と で、共通解は 。

のとき から 。解は と で、共通解は です。

文字を含む式が 1 本

文字のない式を解いて、その解を候補にする。代入するだけで が決まる

両方に文字がある

引き算で を消し、一次式から候補を絞る。場合分けが 2 つに分かれる

の係数がそろっていないとき

と では、そのまま引いても が残ります。2 本目を 倍してから引く。

なら です。 のときは の項も消え、 が残って成り立ちません。

一次式が になる場合と、0 = (\text{0 でない数}) になる場合を分けます。前者は が絞れず、後者は共通解なしと決まる。

例:2 つの解が両方とも共通

と が、2 つの解をともに共有するとします。

引くと 、つまり です。

すべての解で成り立たなければならないため、 が 1 つに決まってしまう の形では足りません。 が必要です。

なら 2 式はまったく同じ式になり、解も 2 つとも共通になります。

共通解が 1 つなら引き算の一次式が を1 つに決めます。

2 つとも共通なら、その一次式はどんな でも成り立つ形、つまり になる。

例:共通解をもたない

と を見ます。引くと で 。

を 1 本目に入れると で、 になりません。

引き算の式は満たしても、もとの式は満たしていない。共通解はありません。

そもそも 1 本目の判別式は で、実数解が 1 つもない式でした。

を動かすと 2 本の放物線がずれていきます。 軸を切る場所が一致するのは のときだけ。

戻して確かめるまでが 1 問

引き算で得た式は、共通解があるとしたら満たすはずの条件です。逆に、その条件を満たしても共通解があるとは限りません。

と が、まさにその形でした。 という候補が残っても、もとの式では成り立ちません。

引き算の式から候補を絞る。
候補をもとの 2 式に代入する。
両方で になれば共通解。
片方でも にならなければ落とす。
判別式が負の式が混ざっていないかも見る。

よくある誤り

引いたところで答えにしてしまう形が、最も多く見られます。

の片方だけを調べる。
候補を求めたあと、もとの式へ戻さない。
の係数がそろっていないのに、そのまま引く。
を求めて答えとし、共通解の値を書かない。
2 式が同じになる場合を、共通解 1 つと数える。

最後の 1 つでは、共通解が 2 つになります。 のとき 2 式はまったく同じなので、解も両方が共通です。

と が共通解をもつとき、 はいくつですか。

__RESULT__

引くと です。 では 2 式が になり、判別式が負で実数解がありません。 から が残ります。

と の共通解が のとき、 はいくつですか。

__RESULT__

を 2 本目に入れると で 、 です。このとき となり、 が共通しています。

引き算は候補を絞るための一手で、答えを決める一手ではありません。絞ったあとに、もとの 2 式へ戻して両方が になるかを見ます。

共通解を $\alpha$ と置いて 2 式の差をとると $x^2$ が消え、$x$ の一次式が残ります。$x^2 + ax + 2 = 0$ と $x^2 + 2x + a = 0$ なら $(a-2)(\alpha-1) = 0$。ただし引き算で得られるのは候補までなので、もとの 2 式へ戻して両方が $0$ になるかを見ます。$a = 2$ が判別式で落ちる場面、$x^2$ の係数がそろわないときの直し方、2 解とも共通になる条件まで。