こんにちは。東久留米市の学習塾塾長です。
風もなく本当に良い天気です。しかし、金曜日から週末に掛けて崩れるようです。
中3の1学期末から2学期に掛けて2次方程式や2次関数を勉強します。2次関数をグラフ上に描いた曲線を放物線というのですが、これを放物線定規で描く人を見かけたことはなく、当然、定規とコンパスでの作図できないので、普通フリーハンドで描くことになります。
もし、2次方程式 ax^2+bx+c=0 が実数解を持つならば、図1のようにx軸と y=ax^2+bx+c との交点のx座標値α、βが上の方程式の解になります。このαとβを作図によって求める方法が今日の話です。
▲図1.2次方程式の実数解
先に記したように、放物線を定規とコンパスで描くことができないので放物線を作図して二次方程式の解αおよびβを求めることはできません。そこで、コンパスを使って描ける曲線を思い起こしてみると、それは円で、その方程式は、(p,q)を中心とし半径をrとすると、(x-p)^2+(y-q)^2=r^2 となります。(A^2 は、Aの2乗を表します) この式を見ると、xの2乗の項があって放物線に似ていて、もし、y=0とした場合、つまり、x軸との交点を求める場合、円の方程式は2次方程式になることが分かります。つまり、円を描いてx軸との交点を求めれば、それが2次方程式の解となる訳です。
では、2次方程式を x^2-ax+b=0 (a、bは任意の実数) とした場合の具体的な作図を考えて見ましょう。図2のように、(a,b)を点P、点U(0,1)〔←これがミソ〕 としたとき、線分PUを直径とする円Cを描きます。すると、円Cとx軸との交点が、与えられた2次方程式の実数解になります。
▲図2.2次方程式の実数解の作図
確認するために、円Cの方程式を求めます。
円の中心の座標は、(a/2,(b-1)/2+1)、つまり、(a/2,(b+1)/2)で、
半径は(a/2)^2+((b-1)/2)^2 となるので、円Cの方程式は、
(x-a/2)^2+(y-(b+1)/2)^2=(a/2)^2+((b-1)/2)^2
です。
ここで、y=0を代入すると、
(x-a/2)^2+(-(b+1)/2)^2=(a/2)^2+((b-1)/2)^2
となり、整理すると、
x^2-ax+b=0
となります。
これは、初めに与えられた2次方程式です。つまり、円Cとx軸との交点が与えられた2次方程式の解αおよびβになることが判りました。
次に、実数解でない場合、つまり複素数解は作図で求められるのかと進むのですが、結論は作図で求めることができます。この作図方法は後日お話しさせて頂きます。(もうすぐ塾生が来るので)
風もなく本当に良い天気です。しかし、金曜日から週末に掛けて崩れるようです。
中3の1学期末から2学期に掛けて2次方程式や2次関数を勉強します。2次関数をグラフ上に描いた曲線を放物線というのですが、これを放物線定規で描く人を見かけたことはなく、当然、定規とコンパスでの作図できないので、普通フリーハンドで描くことになります。
もし、2次方程式 ax^2+bx+c=0 が実数解を持つならば、図1のようにx軸と y=ax^2+bx+c との交点のx座標値α、βが上の方程式の解になります。このαとβを作図によって求める方法が今日の話です。
▲図1.2次方程式の実数解
先に記したように、放物線を定規とコンパスで描くことができないので放物線を作図して二次方程式の解αおよびβを求めることはできません。そこで、コンパスを使って描ける曲線を思い起こしてみると、それは円で、その方程式は、(p,q)を中心とし半径をrとすると、(x-p)^2+(y-q)^2=r^2 となります。(A^2 は、Aの2乗を表します) この式を見ると、xの2乗の項があって放物線に似ていて、もし、y=0とした場合、つまり、x軸との交点を求める場合、円の方程式は2次方程式になることが分かります。つまり、円を描いてx軸との交点を求めれば、それが2次方程式の解となる訳です。
では、2次方程式を x^2-ax+b=0 (a、bは任意の実数) とした場合の具体的な作図を考えて見ましょう。図2のように、(a,b)を点P、点U(0,1)〔←これがミソ〕 としたとき、線分PUを直径とする円Cを描きます。すると、円Cとx軸との交点が、与えられた2次方程式の実数解になります。
▲図2.2次方程式の実数解の作図
確認するために、円Cの方程式を求めます。
円の中心の座標は、(a/2,(b-1)/2+1)、つまり、(a/2,(b+1)/2)で、
半径は(a/2)^2+((b-1)/2)^2 となるので、円Cの方程式は、
(x-a/2)^2+(y-(b+1)/2)^2=(a/2)^2+((b-1)/2)^2
です。
ここで、y=0を代入すると、
(x-a/2)^2+(-(b+1)/2)^2=(a/2)^2+((b-1)/2)^2
となり、整理すると、
x^2-ax+b=0
となります。
これは、初めに与えられた2次方程式です。つまり、円Cとx軸との交点が与えられた2次方程式の解αおよびβになることが判りました。
次に、実数解でない場合、つまり複素数解は作図で求められるのかと進むのですが、結論は作図で求めることができます。この作図方法は後日お話しさせて頂きます。(もうすぐ塾生が来るので)