電験三種 数学基礎 | 因数分解解説

目次

重要ポイント

因数分解 公式 共通因数 たすき掛け 電験数学

ようこそ!このページでは、電気系資格試験に出てくる数学の基礎をわかりやすく解説していきます!特に因数分解の計算は試験でよく出るので、しっかり押さえておきましょう!

📝

このページのポイント

因数分解の基本から応用まで、電気系資格試験でよく出る計算方法を詳しく解説します。

1.因数分解とは

因数分解(いんすうぶんかい)とは、多項式をいくつかの式の積に分解することです。例えば、\(x^2 + 5x + 6\) は \((x + 2)(x + 3)\) という形に因数分解できます。これは方程式を解いたり、式を簡単にしたりするために非常に重要な技術です。

因数分解には主に以下のような特徴があります:

  • 式の簡略化:複雑な式を単純な因数の積に分解できます
  • 方程式の解法:因数分解すると方程式の解を見つけやすくなります
  • 計算の簡易化:分数の約分など、計算が簡単になることがあります
  • パターン認識:特定のパターンを認識して分解する方法があります

2.詳細な計算方法

共通因数でくくる

最も基本的な因数分解の方法は、共通因数でくくり出すことです。

例えば:

\(3x + 6 = 3(x + 2)\)
例を見てみましょう:
  • \(4x^2 + 8x = 4x \times x + 4x \times 2 = 4x(x + 2)\)
  • \(5x^3 - 10x^2 + 15x = 5x(x^2 - 2x + 3)\)

この方法を使うときのポイント:

  • すべての項の最大公約数を見つける
  • その最大公約数で各項を割る
  • 最大公約数を括弧の外に出す

公式を利用した因数分解

よく使う公式を覚えておくと、因数分解が簡単になります。

主な公式:

\(a^2 + 2ab + b^2 = (a + b)^2\) 「完全平方式」
\(a^2 - 2ab + b^2 = (a - b)^2\) 「完全平方式」
\(a^2 - b^2 = (a + b)(a - b)\) 「差の公式」
例を見てみましょう:
  • \(x^2 + 6x + 9 = x^2 + 2 \times x \times 3 + 3^2 = (x + 3)^2\)
  • \(4x^2 - 9 = (2x)^2 - 3^2 = (2x + 3)(2x - 3)\)
  • \(x^2 - 10x + 25 = x^2 - 2 \times x \times 5 + 5^2 = (x - 5)^2\)

まずは式のパターンを見抜き、適切な公式を当てはめることが大切です。

たすき掛けによる因数分解

\(x^2 + bx + c\) の形の二次式を因数分解するには「たすき掛け」が便利です。

たすき掛けのステップ:

\(x^2 + bx + c = (x + p)(x + q)\) ただし \(p + q = b\)、\(p \times q = c\)
例を見てみましょう:
  • \(x^2 + 5x + 6\) の因数分解:
  • \(p + q = 5\)、\(p \times q = 6\) となる数を探す
  • \(2 + 3 = 5\)、\(2 \times 3 = 6\) だから
  • \(x^2 + 5x + 6 = (x + 2)(x + 3)\)
もう一つの例:
  • \(x^2 - 7x + 12\) の因数分解:
  • \(p + q = -7\)、\(p \times q = 12\) となる数を探す
  • \(-3 + (-4) = -7\)、\(-3 \times (-4) = 12\) だから
  • \(x^2 - 7x + 12 = (x - 3)(x - 4)\)

三項の因数分解

\(ax^2 + bx + c\) の因数分解

\(ax^2 + bx + c = a(x - \alpha)(x - \beta)\) (\(\alpha\) と \(\beta\) は方程式 \(ax^2 + bx + c = 0\) の解)

この形の因数分解では、次の手順で行います:

  1. 係数\(a\)が1でない場合、まず\(a\)を括り出す
  2. 括り出した後の二次式を「たすき掛け」または「AC法」で因数分解する

AC法による因数分解

\(ax^2 + bx + c\) の因数分解は \(ax^2 + px + qx + c\) のように中間項を分解する方法

AC法の手順:

  1. \(a \times c = ac\) の積を求める
  2. \(ac\)の因数で、和が\(b\)になる組み合わせ\(p, q\)を見つける
  3. 中間項を\(px + qx\)に分解する
  4. 項をグループ化して共通因数でくくり出す

例えば、\(2x^2 + 7x + 3\) の因数分解:

  • \(a = 2, b = 7, c = 3\) なので \(a \times c = 2 \times 3 = 6\)
  • \(6\)の因数で和が\(7\)になるのは\(1\)と\(6\)
  • \(2x^2 + 7x + 3 = 2x^2 + x + 6x + 3\)
  • \(= x(2x + 1) + 3(2x + 1)\)
  • \(= (2x + 1)(x + 3)\)

3.例題で練習

例題1:共通因数でくくる

難易度:★☆☆
\(6x^2 + 9x\) を因数分解せよ

共通因数を見つけてくくり出します:

  • \(6x^2 + 9x\)
  • \(= 3x \times 2x + 3x \times 3\)
  • \(= 3x(2x + 3)\)
よって結果は:\(3x(2x + 3)\)

例題2:二乗の差

難易度:★☆☆
\(25 - 9x^2\) を因数分解せよ

二乗の差の公式 \(a^2 - b^2 = (a + b)(a - b)\) を使います:

  • \(25 - 9x^2 = 5^2 - (3x)^2\)
  • \(= (5 + 3x)(5 - 3x)\)
よって結果は:\((5 + 3x)(5 - 3x)\)

例題3:完全平方式

難易度:★★☆
\(x^2 - 8x + 16\) を因数分解せよ

完全平方式のパターンを確認します:

  • \(x^2 - 8x + 16\)
  • \(= x^2 - 2 \times x \times 4 + 4^2\)
  • \(= (x - 4)^2\)
よって結果は:\((x - 4)^2\)

例題4:たすき掛け

難易度:★★☆
\(x^2 - 3x - 10\) を因数分解せよ

たすき掛けを使って因数分解します:

  • \(x^2 - 3x - 10\) を \((x + p)(x + q)\) の形にする
  • \(p + q = -3\) かつ \(p \times q = -10\) となる数を探す
  • \(2 + (-5) = -3\) かつ \(2 \times (-5) = -10\) なので
  • \(x^2 - 3x - 10 = (x + 2)(x - 5)\)
よって結果は:\((x + 2)(x - 5)\)

例題5:AC法

難易度:★★★
\(3x^2 + 10x + 8\) を因数分解せよ

AC法を使って因数分解します:

  • \(a = 3, b = 10, c = 8\) なので \(ac = 3 \times 8 = 24\)
  • \(24\)の因数で和が\(10\)になるのは\(4\)と\(6\)
  • \(3x^2 + 10x + 8 = 3x^2 + 6x + 4x + 8\)
  • \(= 3x(x + 2) + 4(x + 2)\)
  • \(= (x + 2)(3x + 4)\)
よって結果は:\((x + 2)(3x + 4)\)

例題6:複合的な因数分解

難易度:★★★
\(x^4 - 16\) を因数分解せよ

まずは二乗の差の公式を使い、さらに因数分解します:

  • \(x^4 - 16 = (x^2)^2 - 4^2\)
  • \(= (x^2 + 4)(x^2 - 4)\)
  • \(= (x^2 + 4)(x^2 - 2^2)\)
  • \(= (x^2 + 4)(x + 2)(x - 2)\)
よって結果は:\((x^2 + 4)(x + 2)(x - 2)\)
💪

これらの例題を通じて、因数分解の様々な方法が身につくと思います。さらに練習を重ねることで、もっと複雑な問題も解けるようになります!電気系の試験でこの辺りの問題がバッチリ解けるようになったら、合格に一歩近づきます!頑張りましょう!

4.自分で解いてみよう!練習問題

ほな、学んだことを使って実際に解いてみよか!答えは隠してあるから、自分で計算してから確認してな。答えを見るには「答えを表示」ボタンをクリックするか、答えの部分をタッチしてみてな!

練習問題1:共通因数でくくる

基礎

次の式を因数分解せよ:

\(8x^3 - 4x^2 + 12x\)

練習問題2:公式を使った因数分解

基礎

次の式を因数分解せよ:

\(x^2 + 8x + 16\)

練習問題3:たすき掛け

標準

次の式を因数分解せよ:

\(x^2 + x - 12\)

練習問題4:AC法

応用

次の式を因数分解せよ:

\(2x^2 - 5x - 3\)

練習問題5:複合的な因数分解

応用

次の式を因数分解せよ:

\(x^2(x + 1) - 4(x + 1)\)

練習問題はどうやった?正解できたかな?

次のステップ

準備中