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数学解説ブログ(つくば市の「数学・算数・物理に強い」プロ家庭教師 長通幸大・発信)

中学高校の定期試験問題・大学入試問題・Twitterの数学特化系アカウントで出題された問題・閲覧した方からのご質問まで、幅広く取り扱う方針ですので、
日々の学習や数学的発想・思考力の向上にお役立ていただければ幸いな限りです。

以下の方程式を解け。

解答作成日:2018年4月4日
テーマ:高次方程式の置き換え
履修学年:高校2年

ついつい、分数が目障りで両辺にx^2をかけてしまいそうですね…。

確かに、それでも解けないことはありませんが、非常に面倒なことになってしまいます。

何とかして、2次方程式もしくは3次方程式の形に作り替えたいものですね…。

 

よく見ると、

(ⅰ)では「xと1/xの係数比の2乗」が「x^2と1/x^2の係数比」と

(ⅱ)では「x^2と1/xの係数比の2乗」が「x^4と1/x^2の係数比」と

それぞれ等しくなっています!!

 

これはもしかすると…??

やはりそうだったのです!

 

全ての文字項を過不足なく、別の文字に置き換えて、

因数分解が可能な2次方程式を作る方法がありました!!

 

 

結局、「分数をなくすためにxをかける」という作業は必要なのですが、

置き換えの過程を先にするのと後回しにするのでは、前者の方が圧倒的にスムーズですね。

優先順位を的確に判断する能力が問われる問題です。

 

尚、本題の亜種に、n次項と-n次項の係数が一致する「相反方程式」というものもございます。

こちらにつきましても、リクエストがございましたら、追って解説をアップロード致します。

図のような底面が半径3の円、高さ2の円柱を表すグラフをs、tを変数としてx、y、zの媒介変数によって表せ

(円柱の重心は原点とし、場合分けの方法は無しとする。また、問題の意味が分かりにくい場合は画像の式を参照のこと)


解答作成日:2018年4月4日
テーマ:立体の2変数媒介変数表示
履修学年:なし

【難問注意!!】
 

|z|=1の場合と|z|<1の場合に分けられればどれだけ楽なことか…。
そう思わせられるような問題ですね。

しかし「場合分け禁止」のルールが立ちはだかる以上、x,y,zの3変数について、それぞれ1つの式でまとめないといけないのです!!

しかも、2種類の変数を用いて。

 

ここで、ちょっと思考を変えてみましょう。

「2種類の変数が使える」ということは、「2段階に分けた表現ができる」…。

「空間図形を2段階で表現する」ということは、まずは「特定の平面に固定する」…。

 

それなのです!!

 

円柱の性質を活かしてみましょう!!

「円柱を底面直径に沿って切り取ると、その断面図は常に合同な長方形になる」

かなり使えそうですね。

 

長方形の周を示す陰関数方程式につきましては、問題12の解説でご確認ください。
【問題12】xy直交座標平面上において、そのグラフの形が正方形となるようなxとyの方程式を1つ考えよ。ただし、大きさや向きは問わない。

本題では陰関数ではなく、媒介変数表示が指定されていますが、

「2本の対角線との上下関係によって、4辺の位置が定まる」という仕組みに変わりはありません!


非常に解き応えある問題で、最適な方法を模索するのに1年かかってしまいました!

しかし本題と、問題12のおかげで、平面図形も空間図形も「場合分けなしの陰関数」もしくは「媒介変数表示」ができることがわかりましたね。

 

他にも、様々な図形や立体をこのようにして関数表示できるものです。

ぜひぜひ、試してみましょう!!

問題25・正九角形の辺と対角線の関係の証明
難易度★★☆☆☆
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12021165161.html

問題26・時計の針が直角三角形をなす条件
難易度★★★☆☆
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12029212841.html

問題27・漸化式の収束値
難易度★★★☆☆
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12033710297.html

問題28・面積が最大となる条件
難易度★★★☆☆
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12028701955.html

問題29・循環性の利用
難易度★★☆☆☆
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12020661471.html

問題30・自然数の積と和の大小判定
難易度★★★★★
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12031700530.html

問題31・絶対値記号の利用
難易度★★☆☆☆
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12020345546.html

問題32・確率の従属性
難易度★★★★☆
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12025576197.html

問題33・二重数列を伴う漸化式の一般項
難易度★★★★☆
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12025149764.html

問題34・ガウス記号を伴う関数と極方程式
難易度★★☆☆☆
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12028734763.html

問題35・フィボナッチ数列の証明
難易度★★★★☆
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12029503910.html

問題36・多重合成三角関数の大小判定
難易度★★★★★
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12032894477.html

問題37・条件付き3変数関数の最大値
難易度★★★☆☆
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12030466308.html

問題38・部分分数分解を伴う定積分
難易度★★☆☆☆
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12035286232.html

問題39・整数の性質の証明(合同式の利用)
難易度★★★★☆
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12026486282.html

問題40・隣接3項間漸化式
難易度★★★★☆
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12029942898.html

問題41・虫食い算
難易度★★★☆☆
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12032083639.html

問題42・正約数の個数と和、文字を伴う根号が自然数となる条件、一次不定方程式
難易度★☆☆☆☆
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12128103638.html

問題43・四元一次不定方程式の自然数解、数的推理
難易度★★☆☆☆
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12209465063.html

問題44・空間座標上に存在する円柱の媒介変数表示
難易度★★★★★
https://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12365905936.html

問題45・不定2元2次方程式の自然数解
難易度★★★★☆
http://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12234619511.html

問題46・1辺もしくは内接円が2018になり、辺の長さが全て整数の直角三角形
難易度★★★★☆
https://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12382836517.html

問題47・次数が負の項を含む高次方程式
難易度★★★☆☆
https://ameblo.jp/k-nagatoshi-mathematic/entry-12366098790.html