電験三種 数学基礎 | 多項式解説

目次

重要ポイント

多項式 分配法則 展開公式 乗法公式

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!特に多項式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!

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このページのポイント

多項式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.多項式とは

多項式というのは、数や文字(変数)を足したり引いたりして作られる式のことです。例えば、「3x² + 5x - 2」のようなものが多項式です。この多項式は「3x²」「5x」「-2」という3つの項からなっています。各項は係数(数字の部分)と変数(文字の部分)の積で表されます。

多項式の計算には主に以下のような操作があります:

  • 足し算・引き算:同類項をまとめるだけです
  • 掛け算(分配法則):カッコを外します
  • 2項の積:2つの式をかけ合わせます
  • 展開の公式:よく使う形の展開を覚えておくと便利です

2.詳細な式の展開

足し算・引き算

同じ文字と指数をもつ項どうしをまとめるだけで良いのです。

例えば:

(3x² + 4x + 2) + (2x² - 3x + 5)
同類項をまとめると:
  • x²の項:3x² + 2x² = 5x²
  • xの項:4x - 3x = 1x = x
  • 定数項:2 + 5 = 7

よって結果は:5x² + x + 7

掛け算(分配法則)

カッコの前にある数や式を、カッコ内のすべての項にかけます。

例えば:

3(2x + 5)
分配法則を使うと:
  • 3 × 2x = 6x
  • 3 × 5 = 15

よって結果は:6x + 15

2項の積

2つのカッコ内の式をすべての組み合わせでかけ合わせます。

例えば:

(2x + 3)(4x + 1)
各項をかけ合わせると:
  • 2x × 4x = 8x²
  • 2x × 1 = 2x
  • 3 × 4x = 12x
  • 3 × 1 = 3

すべての結果を足し合わせると:8x² + 2x + 12x + 3 = 8x² + 14x + 3

展開の公式

(a + b)²の展開

(a + b)² = (a + b)(a + b) = a² + ab + ba + b² = a² + 2ab + b²

なぜこうなるか詳しく見てみましょう:

  1. (a + b)(a + b)と書き換えます
  2. 2項の積の手順で展開します:
    • a × a = a²
    • a × b = ab
    • b × a = ba = ab
    • b × b = b²
  3. 同類項をまとめます:ab + ba = 2ab
  4. 最終的に:a² + 2ab + b²

この公式は「二乗の展開」として覚えておくと便利です。

(a - b)²の展開

(a - b)² = (a - b)(a - b) = a² - ab - ba + b² = a² - 2ab + b²

詳しく見ると:

  1. (a - b)(a - b)と書き換えます
  2. 2項の積の手順で展開します:
    • a × a = a²
    • a × (-b) = -ab
    • (-b) × a = -ba = -ab
    • (-b) × (-b) = b² (マイナス×マイナス=プラスですから!)
  3. 同類項をまとめます:-ab - ba = -2ab
  4. 最終的に:a² - 2ab + b²

(a + b)(a - b)の展開

(a + b)(a - b) = a² - ab + ba - b² = a² - b²

この公式は「平方の差」として知られています。詳しく見ると:

  1. 2項の積の手順で展開します:
    • a × a = a²
    • a × (-b) = -ab
    • b × a = ba = ab
    • b × (-b) = -b²
  2. 同類項をまとめます:-ab + ba = -ab + ab = 0(ほら、消えてしまいましたね?)
  3. 最終的に:a² - b²

この公式は「二乗の差」と覚えると良いでしょう。a²とb²の差になるから、「平方の差」とも呼ばれています。

3.例題で練習

例題1:多項式の足し算・引き算

難易度:★☆☆
(5x² - 3x + 7) - (2x² + 4x - 3)

同類項をまとめましょう:

  • x²の項:5x² - 2x² = 3x²
  • xの項:-3x - 4x = -7x
  • 定数項:7 - (-3) = 7 + 3 = 10
よって結果は:3x² - 7x + 10

例題2:分配法則

難易度:★☆☆
2x(3x² - 4x + 5)

カッコ内の各項に2xをかけます:

  • 2x × 3x² = 6x³
  • 2x × (-4x) = -8x²
  • 2x × 5 = 10x
よって結果は:6x³ - 8x² + 10x

例題3:2項の積

難易度:★★☆
(3x - 2)(2x + 5)

各項をかけ合わせます:

  • 3x × 2x = 6x²
  • 3x × 5 = 15x
  • (-2) × 2x = -4x
  • (-2) × 5 = -10
すべての結果を足し合わせると:6x² + 15x - 4x - 10 = 6x² + 11x - 10

例題4:(a + b)²の公式を使う

難易度:★★☆
(2x + 3)²

(a + b)² = a² + 2ab + b²の公式を使います:

  • a = 2x、b = 3 とします
  • a² = (2x)² = 4x²
  • 2ab = 2 × 2x × 3 = 12x
  • b² = 3² = 9
よって結果は:4x² + 12x + 9

例題5:(a - b)²の公式を使う

難易度:★★☆
(5x - 2)²

(a - b)² = a² - 2ab + b²の公式を使います:

  • a = 5x、b = 2 とします
  • a² = (5x)² = 25x²
  • -2ab = -2 × 5x × 2 = -20x
  • b² = 2² = 4
よって結果は:25x² - 20x + 4

例題6:(a + b)(a - b)の公式を使う

難易度:★★☆
(4x + 1)(4x - 1)

(a + b)(a - b) = a² - b²の公式を使います:

  • a = 4x、b = 1 とします
  • a² = (4x)² = 16x²
  • b² = 1² = 1
よって結果は:16x² - 1
💪

これらの例題を通じて、多項式の計算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:多項式の足し算・引き算

基礎

次の式を計算せよ:

(4x² + 2x - 5) + (2x² - 3x + 1)

練習問題2:分配法則

基礎

次の式を計算せよ:

-2x(3x² - x + 4)

練習問題3:2項の積

標準

次の式を計算せよ:

(4x - 3)(x + 2)

練習問題4:(a + b)²の公式

応用

次の式を計算せよ:

(3x + 1)²

練習問題5:(a - b)²の公式

応用

次の式を計算せよ:

(2x - 3)²

練習問題6:(a + b)(a - b)の公式

応用

次の式を計算せよ:

(5x + 2)(5x - 2)

練習問題はどうやった?正解できたかな?