「複素数の計算・整式の剰余・高次方程式」に関する質問と回答

複素数範囲の因数分解
さん    [Profile 九州地方に住む高校3年生の女性の方] 投稿日2002/5/27(月)21:16

複素数の範囲で因数分解する問題なのですが教えてください。
     1)x^4−4
     2)x^4+3x^2−4

新矢  [Profile 近畿地方に住む秘密の男性の方] 投稿日:2002/5/27(月)23:53

実際は,入試で虚数範囲で因数分解することは殆どないので,この単元の定期テスト専用問題と捉えて構いません。

基本は x^{2}+1=(x+i)(x-i) です。(展開すれば戻りますね)

(1) x^{4}-4=(x^{2}-2)(x^{2}+2) 普通はここまでですね。
      =(x+√2)(x-√2)(x+√2i)(x-√2i) となります。

因みに x^{4}-4=0 の解は ±√2 , ±√2i の4つだということです。

(2) 解かりにくければ x^{2}=t と置き換えてみましょう。
  x^{4}+3x^{2}-4=(x^{2}-1)(x^{2}+4)
         =(x-1)(x+1)(x^{2}+4) 普通はここまで
         =(x-1)(x+1)(x+2i)(x-2i) となります。

似た問題として, x^{2}-2x-1 の場合は
 x^{2}-2x-1=0 を解の公式で解いた,x=1±√2 を使って
 x^{2}-2x-1={x-(1+√2)}{x-(1-√2)} と因数分解できます。
          

感謝感謝!! 投稿者:さん  [Profile 九州地方に住む高校3年生の女性の方] 投稿日:2002/5/28(火)20:31

解説ありがとうございました!

 

整式の剰余 ― 割り算の実行 ―
まなさん    [Profile 関東地方に住む高校1年生の女性の方] 投稿日2002/8/29(木)12:02


夏休みの宿題です。

三次の整式 f(x)=ax^{3}+bx^{2}+cx+d を x^{2}−1 で割ったときの余りは 5x+1 で、
x^{2} で割ったときの余りは x−4 であるという。定数a,b,c,dの値をそれぞれ求めよ

という問題なんですが、私の知ってる公式のA=BQ+Rだと商の部分Qが表記されていなかったので、できませんでした。解答もないのでやり方と解説をお願いします。


割り算を実行した方が速いですね 投稿者:新矢(管理人)ホームページ  [Profile 銀河系に住む秘密の男性の方] 投稿日:2002/8/30(金)00:57

まなさん、こんばんは。頑張ってますね。

これは、実際に割り算を実行したほうが速いですね。
1354÷26 を手計算でやるときの、
何がたって、掛けて、引いて、次は何がたって、…というあれです。

ax^{3}+bx^{2}+cx+d を 実際に x^{2}-1 で割って見ると、
余りは、(c+a)x+d+b になるかと思います。
これが、5x+1 だというのですから、
c+a=5 、 d+b=1 が成り立ちます。
x^{2} でも実際に割ってみましょう。 

 

整式の剰余
K〜Yさん    [Profile 近畿地方に住む高校1年生の男性の方] 投稿日2002/6/15(土)12:56

ども。 こんにちは

整式P(x)は(x-1)^{2}で割りきれ、x-3で割ると4余る。このP(x)を(x-1)^{2}(x-3)で割ったときの余りを求めよ。

っていう問題なんですが、式のおき方がよくわかりません。
よろしくおねがいします!

池田 敦さん の ホームページ  [Profile 大阪府に住む大学院生の男性の方] 投稿日:2002/6/15(土)15:58

久々(?)に助っ人の池田です。

もしかしたら
   P(x)=(x-1)^{2}(x-3)Q(x)+ax^2+bx+c
と置いたのかも知れませんが、これでは少〜々まずいですよね。
何故なら、「(x-1)^2 で割り切れる」からと言って x=1 を代入して
P(1)=0 としてみても、これではただ P(x) が x-1 で割り切れることしか言っていないのですから。

それを修正する為に、もうちょっと (x-1)^2 で割り切れることにこだわってみましょう。
余りは最高でも2次式で、しかも、
   余りも (x-1)^2 で割り切れる!
のですから、余りは
   a(x-1)^2
としてやればよさそうです。

実際、
   P(x)=(x-1)^{2}(x-3)Q(x)+a(x-1)^2
として x=3 を代入すれば、
   P(3)=a(3-1)^2=4
   a・2^2=4
   4a=4
   a=1
となりますので、求める余りは
   (x-1)^2
となります。

K〜Yさん  [Profile 近畿地方に住む高校1年生の男性の方] 投稿日:2002/6/15(土)16:50

ほんとにどうもありがとうございました!

 

高次方程式
フィギュアさん    [Profile 関東地方に住む高校1年生の男性の方] 投稿日2002/8/30(金)00:43

すいません、又来てしまいました。今回も学校の宿題プリントの問題なのですが、授業で扱っていないもので、教科書を見ろと先生に言われたのですが、教科書を見ても良くわかりません。丸一は例が載っていたので解けたのですが、丸2・3が解けません。

次の方程式を解け。

丸1‥‥x^{4}+7^{2}+12=0
丸2‥‥2x^{3}+x^{2}+5x-3=0
丸3‥‥x(x+1)(x+2)(x+3)=24

という問題です。
丸2は2x^{3}+x^{2}+5x-3をf(x)と置いて、f(a)=0となるようなaを1・2・0・-1・-2と当て嵌めて探したのですが、見付かりませんでした。
丸3は括弧をなくして24を左辺へ移項したのですが、そこでわからなくなりました。お願いします。

算太郎さん の ホームページ  [Profile 京都府に住む大学生の男性の方] 投稿日:2002/8/30(金)02:00

2x^{3}+x^{2}+5x-3=0 について,
2x^3+x^2+5x-3=0 ⇔ x^3+frac{1}{2}x^2+frac{5}{2}x-frac{3}{2}=0 より,この方程式の解を整数だけでなく有理数についても考えたほうが良いかな〜 となんとなく思えて来ます......(私はそう言うのはあまり思えない人間なのですぐにMaple等の計算機代数システムに頼ってしまいますが.....)
そこで,f(1/2) = 0 となり,(x-frac{1}{2})で元の方程式の左辺が因数分解可能だと分かります.(やや発見的素養を必要とする問題ですね)続きは先ずは御自分でしてみて下さい.

x(x+1)(x+2)(x+3)=24 については, 24 = 1×2×3×4 となっていることを参考にして下さい.このパターンについては数学Bの教科書に載っていると思います.



新矢(管理人)ホームページ  [Profile 銀河系に住む秘密の男性の方] 投稿日:2002/8/30(金)02:23

フィギュアさん、こんばんは。

>授業で扱っていないもので、教科書を見ろと先生に言われたのですが、

そういうときは、参考書に頼るしかないですね。
授業前の予習として、全くの白紙から学習するなら、文英堂の『理解しやすい』がお奨めです。

A は算太郎さんが見つけてくださった、x=1/2 が解であることから、
左辺は
(2x-1)(2次式) と因数分解できるはずです。
(2次式)の部分が何かは、普通は組み立て除法というのを使うのですが、ご存知ないでしょうから、実際に、

2x^{3}+x^{2}+5x-3 を 2x-1 で割ってみることで解ると思います。

Bは数T範囲です。展開する()の組み合わせを考えます。

x(x+1)(x+2)(x+3)=24
x(x+3)(x+1)(x+2)=24
(x^{2}+3x)(x^{2}+3x+2)=24
t=x^{2}+3x と置きかえれば tの方程式が得られます。

○ 学校の進度はかなり速いみたいですね。
 もしも、学習方法等で困ったときには、当HPのTOPからリンクしている、HPで相談にのってくださいますので、ご利用ください。
この掲示板でもOKです。


有難う御座いました。 投稿者:フィギュアさん  [Profile 関東地方に住む高校1年生の男性の方] 投稿日:2002/9/1(日)00:06

算太郎さん、新矢さん、アドバイスを有難う御座いました。
夏休みも終わりだからでしょうか、
一気に質問が増えて、加えて返信が遅くなってしまい、
大分スレッドが下がってしまいましたが、
お礼を述べたいと思います。
重ねて、有難う御座いました。

 

係数が左右対称の4次方程式
ひろぽんさん    [Profile 関東地方に住む高校2年生の男性の方] 投稿日2002/8/6(火)13:26

たびたびすみません。

問題.x^4−2x^3−x^2−2x+1を因数分解せよ!

上のような式の因数分解はどのようにやればいいのでしょうか?

f(x)=x^4−2x^3−x^2−2x+1とおいてx=0、±1、±2・・・・
というふうにてきとうに数値を代入してもf(x)=0を満たすxが見つけられず手も足も出ない状態です。学校の夏期の授業で先生から出された宿題なのですが、運が悪いことに当たってしまい、次の授業(来週水曜日)に黒板に書いてみんなに説明しなければなりません。いろいろと調べたのですがやっぱり分かりませんでした。



ななしさん  [Profile 東京都に住む秘密の男性の方] 投稿日:2002/8/6(火)18:21

この問題は因数定理では解けません。まず
x^4-2x^3-x^2-2x+1=0
をとくことを考えます。この方程式の係数に注目してください。
1 -2 -1 -2 1というように3次の係数に対して対称になっています。このような形の方程式(名前があったはずですが忘れました。先生に聞いてみてください。)は解くことができます。
x=0は解ではないから両辺をx^2で割ると
x^2-2x-1-2/x+1/x^2=0
ここでt=x+1/xとおくと与式は
t^2-2t-3=0
これを解いてその解をt=x+1/xに代入して解けば解が出ます。
この解は
x^4-2x^3-x^2-2x+1=0
の解でもあるからこれらを用いてx^4-2x^3-x^2-2x+1を因数分解できます。
高校数学でノーヒントで出るのは因数定理を使う問題とこの形の方程式の問題ぐらいです。

水野 健太郎さん の ホームページ  [Profile 近畿地方に住む20代の男性の方] 投稿日:2002/8/9(金)19:33

水野%助っ人です。

「最高次が偶数次で、係数が左右対称」
・・・名前は「相反方程式」ですね。

これを扱う際のポイントは、t=x+(1/x)とおくと、

{x+(1/x)}^2
=x^2+2・x・(1/x)+(1/x)^2
=x^2+2+{1/(x^2)}

つまり

x^2+{1/(x^2)}=(t^2)−2

を用いて、全体がtの・・・この場合は「2次式」で表されるようにもっていくと
いう部分ですね。

=====

別のやりかたでは、2次式の積に因数分解されると仮定して、ひとまず

*** {(x^2)−2x+1}^2

を考え、これとf(x)を比較してさらに別の公式を使う・・・という手があるの
ですが、少々あやしげです。
# これも係数が左右対称であることに注目して最初にこれをもってくるんです
# が、なぜいきなりこの式を思いつくのか??・・・という部分が分かりづらい
# と思うので、別にいいです。

=====

どちらにせよ、一度やっておかないと。入試本番で出されたらまったく歯が立たな
くなるであろうたぐいの問題ではあります。

 

3次方程式 (1つの実数解が与えられている)
さん    [Profile 九州地方に住む高校3年生の女性の方] 投稿日2002/7/5(金)06:49

お久しぶりです。ハルです。

3次方程式X^3−X^2−10x+a=0の1つの解は−1である。このとき
aの値は(  )であり、他の2つの解は(  )と(  )である。
…という(  )をうめる問題なのですが、上の方程式にX=−1をいれて
aの値がもとめられるということはわかったのですが、それからがわかりません
教えてください!!

kumaさん  [Profile 近畿地方に住む20代の男性の方] 投稿日:2002/7/5(金)10:22


まず、おっしゃる通り x に -1 を入れて a の値を求めます。
a = -8

x^3 - x^2 - 10x - 8 = 0

これを因数分解すれば他の解が求まります。
この時にもともと x = -1 という解が分かっているのだから、
(x + 1)という因数が出てくるはずなのでこれを利用しましょう。

(x + 1)(x^2 - 2x - 8) = 0
(x + 1)(x + 2)(x - 4) = 0
x = -1,-2,4

よって他の2つの解は -2 と 4 になります。



新矢  [Profile 近畿地方に住む秘密の男性の方] 投稿日:2002/7/6(土)02:18

温さん、お久しぶりです。kumaさん、回答ありがとうございます。

別解として、3次方程式の解と係数の関係の利用があります。
ax^{3}+bx^{2}+cx+d=0 の3つの解を α,β,γ とするとき、
α+β+γ=-b/a 、 αβ+βγ+γα=c/a 、 αβγ=-d/a である。

x^3 - x^2 - 10x + a = 0 の解を α、β、-1 とすると、
α+β-1=1 …@
αβ-α-β=-10 …A
-αβ=-a …B

@ より、α+β=2
これをAに代入して、αβ=-8
足して2、掛けて‐8 だから、α、βは 4と−2
Bより a=-8

kumaさんの回答が王道だと思います。こんな解き方もあるという、ご参考までに。


ありがとうございました!! 投稿者:さん  [Profile 九州地方に住む高校3年生の女性の方] 投稿日:2002/7/9(火)18:41

 kumaさん、新矢先生わかりやすい回答、解説ありがとうございました。

 

 

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