質問<3008>
「「恒等式なのですが」」
日付 2006/3/8
質問者 mic


次の問題を教えてください。
全ての実数xに対して
(\(x^{2}\)+x+a\()^{2}\)-(bx+c\()^{2}\)=\(x^{4}\)+2\(x^{3}\)-11\(x^{2}\)-28x-12
が成り立つとき,a,b,cを求めよ。ただし,a,b,cは有理数とする。

左辺を整理して右辺の係数と比較したところ
2a-\(b^{2}\)+1=-11
2a-2bc=-28
\(a^{2}\)-\(c^{2}\)=-12
という3本の式が得られたのですが、
この連立方程式が解けません。

答えはa=2,b=\(\pm\)4,c=\(\pm\)4(複合同順)となっています。

★希望★完全解答★

お便り
日付 2006/3/22
回答者 /で


答えから推測しました。
左辺、右辺ともに、因数分解します。

左辺は簡単ですね。\(A^{2}\)-\(B^{2}\) の形だから(A+B)(A-B)。
左辺 = {\(x^{2}\)+(1+b)x+a+c}{\(x^{2}\)+(1-b)x+a-c} ・・・・(1)

右辺ですが、4次式は因数定理が使えないと因数分解は厳しいので、
必ず何かあると信じて始めます。^^;
# 答えから考えてるので (x+2)(x+3)は見えていますが、、、、^^;

因数定理を使う問題では、「組み立て除法」が使いこなせると楽で計算ミスが減ります。
※ 「組み立て除法」については他のページや文献などを参考に勉強してください。

1,-1,2,-2,…と順に組み立て除法を試みると、-2 できれいに 0 になります。
残りの3次式も \(x^{3}\)+0\(x^{2}\)-11x-6 とわかり、さらに3,-3,…と組み立て除法を
試みると、-3 できれいに 0 になります。
まぁ、ここは直接代入してみても知れていますが、組み立て除法を使えば、
残りの2次式が \(x^{2}\)-3x-2 と同時にわかります。

要するに、因数定理より
右辺 = (x+2)(x+3)(\(x^{2}\)-3x-2)

\(x^{2}\)-3x-2 は実数の範囲でこれ以上分解できませんから、

右辺 = (\(x^{2}\)+5x+6)(\(x^{2}\)-3x-2)  ・・・・(2)

(1),(2)の係数比較より、
 1+b=5,a+c=6 かつ 1-b=-3,a-c=-2 ・・・・(3)
または、
 1+b=-3,a+c=-2 かつ 1-b=5,a-c=6 ・・・・(4)

(3),(4)ともに、(a,b,c)が一意に求まり、

  (a,b,c)=(2,\(\pm\)4,\(\pm\)4) (複合同順)

となります。 (解答終り)

お便り
日付 2006/3/23
回答者 angel


(左辺)=(\(x^{2}\)+x+a+(bx+c))(\(x^{2}\)+x+a-(bx+c)
と因数分解できることを利用すると、係数の比較の手間が省けます。

因数分解より、
(左辺)=(\(x^{2}\)+x+a+(bx+c))(\(x^{2}\)+x+a-(bx+c)
(右辺)=(x+2)(x+3)(\(x^{2}\)-3x-2)=(\(x^{2}\)+5x+6)(\(x^{2}\)-3x-2)
\(x^{2}\)-3x-2 は、有理数係数の範囲で因数分解できないため、
右辺を2次式同士の積として表した場合、(\(x^{2}\)+5x+6)(\(x^{2}\)-3x-2)の一通りに定まる。

※\(x^{2}\)-3x-2=0 の解は、無理数 (3\(\pm\)\(\sqrt{\quad}\)17)/2 のため

・\(x^{2}\)+x+a+(bx+c)=\(x^{2}\)+5x+6, \(x^{2}\)+x+a-(bx+c)=\(x^{2}\)-3x-2 の場合
 \(x^{2}\)+x+a=\(\frac{1}{2}\)・(\(x^{2}\)+5x+6+\(x^{2}\)-3x-2)=\(x^{2}\)+x+2
 bx+c=\(\frac{1}{2}\)・(\(x^{2}\)+5x+6-(\(x^{2}\)-3x-2))=4x+4
 よって、(a,b,c)=(2,4,4)

・\(x^{2}\)+x+a+(bx+c)=\(x^{2}\)-3x-2, \(x^{2}\)+x+a-(bx+c)=\(x^{2}\)+5x+6 の場合
 \(x^{2}\)+x+a=\(\frac{1}{2}\)・(\(x^{2}\)-3x-2+\(x^{2}\)+5x+6)=\(x^{2}\)+x+2
 bx+c=\(\frac{1}{2}\)・(\(x^{2}\)-3x-2-(\(x^{2}\)+5x+6))=-4x-4
 よって、(a,b,c)=(2,-4,-4)

まとめて、(a,b,c)=(2,\(\pm\)4,\(\pm\)4) (複号同順)