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有理数の範囲か実数の範囲か!因数分解をどこまで進めるかの分かれ目

を「因数分解できない」と答えるのは、係数を有理数に限ったときの話です。

実数まで使ってよいなら分かれます。 と見れば、2 乗の差です。

同じ式が、範囲によって分かれたり分かれなかったりします。「どこまで分けるか」は、係数にどの数を許すかで決まる。

分かれるかどうかは範囲つきで決まる

で、係数が整数のまま分かれます。範囲を広げても、これ以上細かくなりません。

は有理数では止まり、実数で分かれます。 は実数でも止まります。

内側の範囲で分かれる式は、外側でも分かれます。逆は成り立ちません。

有理数の範囲は判別式が平方数か

が有理数の係数で 2 つに分かれるのは、判別式が平方数のときです。

なら で、。分かれます。

なら は平方数ではないため、有理数では分かれません。

が無理数なので、解の公式に入れると根号が残ります。

範囲分かれる条件
有理数 が平方数
実数
複素数いつでも分かれる

実数の範囲は判別式が 以上か

なら、解の公式で求めた 2 つの実数を使って と書けます。

で正です。解は

展開すると で、もとの式に戻ります。

有理数の範囲では が平方数でないため、ここまで進めません。

例: を 3 段階で見る

まず 2 乗の差として分けます。有理数の係数のままです。

実数まで広げると が分かれます。 で、実数では止まる。

複素数まで広げると も分かれます。範囲を 1 つ上げるたびに、かっこが 1 つずつ増えました。

複素数まで使うと、 次式は必ず 個の 1 次式の積になります。 なら 4 つ。

実数では 2 次式が残ることがある

実数の係数に限ると、1 次式だけには分かれません。判別式が負の 2 次式が残ります。

がその例です。どれも実数の範囲では最後の形。

逆にいえば、実数の範囲での因数分解は 1 次式と 2 次式だけで書けます。3 次以上のかっこが残ることはありません。

実数の範囲

1 次式と、判別式が負の 2 次式に分かれる。そこで止まる

複素数の範囲

すべて 1 次式に分かれる。次数の数だけかっこが並ぶ

例:

有理数の範囲で に分かれます。どちらのかっこも判別式が

実数まで広げても、この形のままです。範囲を広げれば必ず細かくなる、とはかぎりません。

分かれるかどうかは、そのつど判別式で確かめます。

例:3 次以上でも同じ

は有理数では分かれません。実数なら を使えます。

立方の差の公式に を当てた形です。 になります。

後ろのかっこの判別式は で負なので、実数ではここまで。

断りがなければ内側の範囲

高校の問題で「因数分解せよ」とあれば、係数は整数か有理数の範囲で答えます。

と書くのは、範囲の指定があるときだけです。

指定なし。整数や有理数の係数で分けて、そこで止める。
「実数の範囲で」とあれば、根号を使ってよい。
「複素数の範囲で」とあれば、 を使ってよい。
を用いて」のように、使ってよい数が書かれることもある。

問題文に範囲が書いてあれば、それに従います。書いていなければ内側でとどめる。

「これ以上分かれない」は、どの範囲での話かを決めてはじめて意味をもちます。

は有理数では最後の形で、実数では途中の形。

整数と有理数はほとんど同じ

は有理数の係数で と分かれます。

全体を 倍すれば で、整数の係数になります。分数は定数倍で消せる。

だから整数の範囲と有理数の範囲では、分かれるかどうかが変わりません。答えを書くときは整数係数にそろえます。

です。 とも書けますが、整数の形を選びます。

例:

2 項しかないのに、有理数の係数で 2 つの 2 次式に分かれます。 を足して引くと平方の差になる。

どちらのかっこも判別式が です。実数の範囲では、ここが最後の形になります。

和の形だから分かれない、という見当は当てになりません。次数が上がると、平方の差に持ちこめることがあります。

実数では分かれない
有理数で 2 つの 2 次式に分かれる
有理数では止まり、実数で分かれる
有理数で分かれ、実数ではそこまで

よくある誤り

範囲を確かめずに根号を持ちこむ形と、逆に止めすぎる形があります。

指定がないのに と答える。
「実数の範囲で」とあるのに で止める。
が平方数かどうかを見ずに、因数分解できないと決める。
を実数の範囲で分けようとする。
範囲を広げれば必ず細かくなると思う。

3 番目は のような式で起きます。 が平方数なので、有理数の範囲で分かれます。

を有理数の係数で因数分解できますか。

  • できる
  • できない
  • の係数によって変わる
__RESULT__

で平方数ではないため、有理数の範囲では分かれません。実数まで広げると です。

実数の範囲での因数分解で、残ることがあるのはどれですか。

  • 判別式が負の 2 次式
  • 3 次式
  • 判別式が正の 2 次式
__RESULT__

判別式が正なら 2 つの 1 次式に分かれ、3 次以上はさらに分かれます。残るのは判別式が負の 2 次式だけです。

「因数分解できない」と書く前に、どの範囲の話かを確かめます。範囲が指定されていなければ、判別式が平方数かどうかがそのまま答えになります。

$x^2 - 2$ を「分かれない」と書けるのは、係数を有理数に限ったときだけです。実数まで使えば $(x+\sqrt{2})(x-\sqrt{2})$。有理数なら判別式が平方数か、実数なら $0$ 以上か、で分かれ方が決まります。$x^4 - 4$ が範囲を 1 段広げるたびにかっこを 1 つ増やす様子、実数の範囲では判別式が負の 2 次式だけが残ること、範囲の指定がないときの答え方まで。