質問<349>
「「分母、ルートのある方程式」」
日付 2000/10/30
質問者 文系学生


武田先生、失礼します。先日は増減表について、とても丁寧に詳しく教
えてくださいまして本当にありがとうございました。先生のおかげでと
てもよく理解できました。

ところで、以下の方程式を解けという問題があるのですが、
①  {2/(x-1)}-{x/(x+1)}={4/([x2乗]-1)}
②  {x-\(\sqrt{\quad}\)(25-[x2乗])}=1
このような分母を払う変形や、ルートを取り去る変形をする方程式一般
では、変形が完全に同値の変形ではなく式の性質を変えてしまうために、
後から解の確認をする必要が出てくるそうですが、これはどこで式の性
質を変えてしまっているということがわかるのですか?

お返事(武田)
日付 2000/10/31
回答者 武田


問1
 2   x   4
───-───=──── ……①
x-1 x+1 x2 -1
この段階の条件は、分母を0としないことから
∴x≠\(\pm\)1
次に変形して、①×(x2 -1)とすると、
x≠\(\pm\)1と言う条件が外れてしまう。
2(x+1)-x(x-1)=4
2x+2-x2 +x-4=0
2 -3x+2=0
(x-1)(x-2)=0
∴x=1,2
答えは、最初の条件を考えて、x=1を除外しなければいけない。
∴x=2 ……(答)

問2
x-\(\sqrt{\quad}\)(25-x2 )=1
x-1=\(\sqrt{\quad}\)(25-x2 ) ……②
平方根の前の符号は+なので、左辺>0より、x-1>0∴x>1
平方根の中は+なので、(25-x2 )>0∴-5<x<5
この2つの条件の共通部分は、1<x<5←これが最初の条件となる。
次に変形して、②の両辺を2乗する。
(x-1)2 =(25-x2
2 -2x+1-25+x2 =0
2x2 -2x-24=0
2 -x-12=0
(x-4)(x+3)=0
∴x=4,-3
答えは、最初の条件を考えて、x=-3を除外しなければいけない。
∴x=4 ……(答)

お便り
日付 2000/11/1
回答者 文系学生


武田先生、失礼します。349の質問に回答くださいまして、本当にありが
とうございました。もう少しわからないところがありますので、教えて
いただけますと幸いです。

問1
x-1=\(\sqrt{\quad}\)(25-x2 ) ……②
平方根の前の符号は+なので、左辺>0より、
x-1>0∴x>1
もしルートの中がマイナスでも、平方根の前が+なら、
右辺は+であるのですか?

問2
平方根の中は+なので、
(25-x2 )>0∴-5<x<5
ルートの中がマイナスになることは考えないのですか?
問3
この2つの条件の共通部分は、
1<x<5←これが最初の条件となる。
なぜ、x>1と、-5<x<5の両方が条件にならずに、
共通部分が条件になるのですか?
たとえばxが-6だとすると、平方根の中がマイナスになってしまわな
いのですか?

お返事(武田)
日付 2000/11/1
回答者 武田


問1
\(\sqrt{\quad}\)の中がマイナスだと、複素数になり、大小関係が無くなるので、
右辺が+ではなくなってしまいます。
\(\sqrt{\quad}\)(25-x2 )の中の(25-x2 )<0ならば、
\(\sqrt{\quad}\)(25-x2 )=i\(\sqrt{\quad}\)(x2 -25 )

問2
複素数になる場合は普通は考えません。もし考えると、
25-x2 <0より、-(x2 -25)<0
\(\sqrt{\quad}\)(25-x2 )=i\(\sqrt{\quad}\)(x2 -25)
x-1=i\(\sqrt{\quad}\)(x2 -25)
両辺を2乗して
(x-1)2 =i2 (x2 -25)
2 -2x+1=-1(x2 -25)
2 -2x+1+x2 -25=0
2x2 -2x-24=0
2 -x-12=0
(x-4)(x+3)=0
x=4,-3
この答え両方とも、25-x2 <0より、不適。

問3
2つの範囲x>1と-5<x<5が共通部分でないとすると、
「x>1、または-5<x<5」だと、
例えば、x=8やx=-1も範囲内に入ることになるが、
x-1=\(\sqrt{\quad}\)(25-x2 ) ……②
x=8は、左辺=プラス,右辺=複素数
x=-1は、左辺=マイナス,右辺=プラス
となって不合理です。
範囲外のx=-6も同様です。左辺=マイナス,右辺=複素数
共通部分「x>1、かつ-5<x<5」ならば、「1<x<5」
となり、左辺=プラス,右辺=プラス