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2次三項式の因数分解

x² + 5x + 6 のような2次三項式は、2つのかっこの積 (x + 2)(x + 3) の形に書けます。x² + bx + c のときは、かけて c、たして b になる2つの数を見つけます。ax² + bx + c のときは、かけて a × c、たして b になる2つの数を見つけ、真ん中の項を分けて、共通因数でくくります。最後は必ず展開して確かめましょう。

🎬 ステップ別ストーリー

  1. タイルは3種類あります。大きい正方形は x²、細長い長方形は x、小さい正方形は 1 です。ここには、大きい正方形が1枚、細長いタイルが5枚、小さい正方形が6枚あります。
  2. では、すべてのタイルをすき間なく1つの長方形に並べます。2つの辺の長さは x + 2 と x + 3 です。
  3. 角にある小さい正方形を見てください。3個ずつ2列で6個になります。そして辺の数 2 と 3 をたすと 5 になり、細長いタイルの枚数と同じです。
  4. ここからルールが分かります。最後の数になるようにかけて、真ん中の数になるようにたす2つの数を探します。スライダーを動かして確かめましょう。
  5. 大きい正方形が2枚になると、細長いタイルの分かれ方が変わります。2x² + 7x + 3 のタイルは、辺が 2x + 1 と x + 3 の長方形になります。
  6. 自由に遊ぼう。a、p、q を選んで、式を読み取ります。タイルがいつも長方形になることを確かめましょう。

ヒント:3Dをドラッグすると回せます。2本指で拡大・縮小できます。

🤔 よくある疑問をスッキリ解決

3種類のタイルは何ですか?

大きい正方形は x²、細長いタイルは x、小さい正方形は 1 です。それぞれのタイルの面積が、その名前です。

なぜタイルは長方形にならないといけないのですか?

因数分解とは、面積を「縦 × 横」の形に書くことだからです。タイルがすき間なく長方形になれば、2つの辺が因数になります。

なぜ2つの数をかけると c になるのですか?

小さい正方形は角に並びます。列の数 × 行の数が小さい正方形の個数で、それが c です。

なぜ2つの数をたすと b になるのですか?

細長いタイルは大きい正方形の2つの辺に並びます。一方に p 枚、もう一方に q 枚あるので、合計は p + q で、それが b です。

マイナスの符号のときはどうしますか?

ここのタイルはプラスだけですが、ルールは同じです。かけて c、たして b になる数を探し、符号の表を使います。c が負なら、2つの数の符号は違います。

a が 1 でないと何が変わりますか?

大きい正方形が2枚以上になるので、細長いタイルが列ごとに分かれます。先に a と c をかけます。2x² + 7x + 3 なら 2 × 3 = 6 で、6 + 1 = 7 です。

2次三項式とは?

三項式は項が3つある式です。2次式は、いちばん高い次数が x² の式です。だから x² + 5x + 6 は2次三項式です。

一般の形は ax² + bx + c です。a は x² の前の数、b は x の前の数、c は文字のない数です。

因数分解するとは、式をもっと簡単なかっこの積に書き直すことです。展開の反対の作業です。

代数タイルで見てみよう

大きい正方形タイルの面積は x²、細長いタイルの面積は x、小さい正方形の面積は 1 です。x² + 5x + 6 なら、大きい正方形を1枚、細長いタイルを5枚、小さい正方形を6枚使います。

これらを1つの長方形に並べます。横は x + 3、縦は x + 2 です。長方形の面積は横 × 縦なので、

x² + 5x + 6 = (x + 2)(x + 3)

タイルが長方形にならないときは、整数では因数分解できない式です。

x² + bx + c の因数分解

(x + m)(x + n) を展開すると x² + (m + n)x + mn になります。だから、m × n = c かつ m + n = b になる2つの数 m と n を探します。

  1. かけて c になる数の組を書き出します。
  2. その中から、たして b になる組を選びます。
  3. (x + m)(x + n) と書きます。
  4. 展開して確かめます。

例: x² + 7x + 12。12 の組は 1 と 12、2 と 6、3 と 4。3 + 4 = 7 になるのは 3 と 4 だけです。だから (x + 3)(x + 4)。

符号

cb2つの数例
++どちらも +x² + 7x + 12 = (x + 3)(x + 4)
+−どちらも −x² − 7x + 12 = (x − 3)(x − 4)
−++ と − が1つずつ。絶対値が大きいほうが +x² + 2x − 15 = (x + 5)(x − 3)
−−+ と − が1つずつ。絶対値が大きいほうが −x² − 2x − 15 = (x − 5)(x + 3)

c が正のときは、2つの数は同じ符号です。c が負のときは、違う符号です。

ax² + bx + c の因数分解(真ん中の項を分ける)

a が 1 でないときは、a と c をかけます。かけて a × c、たして b になる2つの数を探します。その2つの数で真ん中の項を分け、そのあとグループにしてくくります。

例: 2x² + 7x + 3。a × c = 6。かけて 6、たして 7 になるのは 6 と 1 です。

2x² + 6x + x + 3 = 2x(x + 3) + 1(x + 3) = (x + 3)(2x + 1)。

タイルでも同じです。大きい正方形2枚、細長いタイル7枚、小さい正方形3枚で、辺が x + 3 と 2x + 1 の長方形ができます。

特別な三項式

完全平方式: x² + 2mx + m² = (x + m)² と x² − 2mx + m² = (x − m)²。例: x² + 10x + 25 = (x + 5)²。タイルは正方形になります。

平方の差: x² − m² = (x − m)(x + m)。+m と −m が消し合うので、真ん中の項はありません。

必ず確かめる: かっこを展開します。もとの式に戻らなければいけません。

やってみよう: 実験

3Dで a = 1 にして、p と q を動かします。見る前に、どんな三項式になるか予想しましょう。そのあと画面で式を読み取ります。家では、x² 用に正方形の紙を切り、細長いタイルと小さい正方形は厚紙で作ります。x² + 4x + 3 を長方形に並べて、辺の長さを読んでみましょう。

重要な公式と用語

例題

1. x² + 7x + 12 を因数分解しなさい。

かけて 12、たして 7 になる2つの数を探します。それは 3 と 4 です。だから x² + 7x + 12 = (x + 3)(x + 4)。

2. x² − 8x + 15 を因数分解しなさい。

c は正で b は負なので、2つの数はどちらも負です。かけて 15、たして −8 になるのは −3 と −5。だから (x − 3)(x − 5)。

3. x² + 3x − 10 を因数分解しなさい。

c は負なので、1つは +、もう1つは − です。かけて −10、たして 3 になるのは +5 と −2。だから (x + 5)(x − 2)。

4. x² − x − 20 を因数分解しなさい。

かけて −20、たして −1 になるのは −5 と +4。だから (x − 5)(x + 4)。

5. 2x² + 7x + 3 を因数分解しなさい。

a × c = 6。かけて 6、たして 7 になる2つの数は 6 と 1。2x² + 6x + x + 3 = 2x(x + 3) + 1(x + 3) = (x + 3)(2x + 1)。

6. 6x² − 5x − 6 を因数分解しなさい。

a × c = −36。かけて −36、たして −5 になる2つの数は −9 と +4。6x² − 9x + 4x − 6 = 3x(2x − 3) + 2(2x − 3) = (2x − 3)(3x + 2)。

7. x² + 10x + 25 を因数分解しなさい。

25 = 5 × 5 で 5 + 5 = 10。だから x² + 10x + 25 = (x + 5)(x + 5) = (x + 5)²。

8. x² − 5x + 6 = 0 を解きなさい。

因数分解すると (x − 2)(x − 3) = 0。積が 0 になるのは、どちらかの因数が 0 のときだけです。だから x = 2 または x = 3。

よくある間違い

練習クイズ

1. かけて 10、たして 7 になる2つの数はどれですか?
2. x² + 9x + 20 の因数分解は?
3. x² − 6x + 8 の因数分解は?
4. (x + 3)(x − 7) を展開したとき、真ん中の項はどれですか?
5. 3x² + 10x + 8 で、真ん中の項を分けるときに使う積はどれですか?

練習:自分で答えてみよう

答えを入力するか選んで、「チェック」を押そう。困ったらヒントを見てね。解答は答えたあとに表示されます。

よくある質問

2次三項式とは何ですか?

項が3つあって、いちばん高い次数が x² の式です。たとえば x² + 5x + 6 や 2x² − 3x + 1 です。

x² + bx + c を早く因数分解するには?

かけて c、たして b になる2つの数を見つけます。そして (x + 1つ目の数)(x + 2つ目の数) と書きます。

因数分解できない三項式はありますか?

あります。x² + x + 1 のように、整数の因数に分けられないものもあります。そのときも、解の公式で方程式を解くことはできます。

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