二次方程式の応用問題¶
基本的な文章題 が解けるようになったら、入試でよく出る動点・道幅・箱の問題に進みます。
解を確かめる習慣¶
二次方程式は解が2つ出ますが、文章題では片方が答えにならないことがよくあります。
必ず確かめること
- 長さ・人数・個数は \(0\) より大きい
- 動点の問題は 変域の中にあるか
- 「もとの数より大きい」などの条件を満たすか
条件に合わない解は「問題に適さない」として捨てます。 答案には、なぜ捨てたのかを一言書くのが理想です。
型1:動点の問題¶
点が辺の上を動き、面積が指定の値になる時刻を求めます。
例題1¶
下の図で、長方形 ABCD は AB \(= 6\) cm、BC \(= 10\) cm です。 点 P は B を出発して毎秒 \(1\) cm で C へ、点 Q は C を出発して毎秒 \(2\) cm で D へ同時に動きます。
三角形 PCQ の面積が \(12\) cm² になるのは、出発してから何秒後ですか。
解答
出発から \(x\) 秒後とします。
- PC の長さ … P は B から \(x\) cm 進んだので、PC \(= 10 - x\)
- CQ の長さ … Q は C から \(2x\) cm 進んだので、CQ \(= 2x\)
三角形 PCQ は \(\angle C\) が直角なので
解の公式より
変域を確認します。 P は \(10\) 秒、Q は \(6 \div 2 = 3\) 秒で端に着くので
\(\sqrt{13} = 3.6\ldots\) なので
- \(5 + \sqrt{13} = 8.6\ldots\) → 変域外なので不適
- \(5 - \sqrt{13} = 1.4\ldots\) → 変域内なので適する
変域は「先に止まるほう」で決まる
P は \(10\) 秒、Q は \(3\) 秒動けます。 2点が同時に動くので、短いほう(\(3\) 秒)が変域の上限です。
例題2¶
1辺 \(8\) cm の正方形 ABCD で、点 P は A を出発して毎秒 \(1\) cm で B へ、 点 Q は B を出発して毎秒 \(1\) cm で C へ同時に動きます。
三角形 PBQ の面積が \(6\) cm² になるのは何秒後ですか。
解答
\(x\) 秒後とすると
- PB \(= 8 - x\)(P は A から \(x\) cm 進んだ)
- BQ \(= x\)
\(\angle B\) は直角なので
変域は \(0 \leqq x \leqq 8\) なので、どちらも適します。
2つとも答えになることもある
面積は増えてから減るので、同じ面積になる瞬間が2回あります。 機械的に片方を捨てないでください。変域で判断します。
型2:道幅の問題¶
土地に道を作り、残りの面積を求める問題です。
道を端に寄せて考える
道が真ん中にあっても、端に寄せて考えてよいのがポイントです。 残った土地を1つの長方形にまとめられます。
例題3¶
たて \(10\) m、よこ \(16\) m の長方形の土地に、 同じ幅の道を縦横に1本ずつ作ったところ、道を除いた面積が \(126\) m² になりました。 道の幅を求めなさい。
解答
道の幅を \(x\) m とします。
道を端に寄せて考えると、残った土地は たて \((10 - x)\) m、よこ \((16 - x)\) m の1つの長方形になります。
解の公式より
\(\sqrt{540} = 6\sqrt{15} = 23.2\ldots\) なので
- \(x = \dfrac{26 + 23.2}{2} = 24.6\ldots\) → 土地のたて \(10\) m を超えるので不適
- \(x = \dfrac{26 - 23.2}{2} = 1.3\ldots\)
道幅が土地より大きい解は捨てる
\(0 < x < 10\)(たての長さ未満)が条件です。 大きいほうの解は明らかに不適なので、必ず確認しましょう。
例題4¶
たて \(12\) m、よこ \(20\) m の土地に同じ幅の道を作り、 残りの面積が \(176\) m² になりました。道の幅を求めなさい。
解答
幅を \(x\) m として
解の公式より
\(\sqrt{768} = 16\sqrt{3} = 27.7\ldots\) なので
\(16 - 8\sqrt{3} = 2.14\ldots\) で \(0 < x < 12\) を満たします。 (もう一方は \(29.8\ldots\) で不適)
型3:箱を作る問題¶
正方形の紙の四隅を切り取って、箱を作ります。
例題5¶
1辺 \(20\) cm の正方形の紙の四隅から、1辺 \(x\) cm の正方形を切り取り、 折り曲げてふたのない箱を作ります。底面積が \(144\) cm² になるとき、\(x\) を求めなさい。
解答
底面は1辺 \((20 - 2x)\) cm の正方形です。 両側から \(x\) ずつ切るので \(2x\) 引くのがポイントです。
\(20 - 2x = 12\) のとき … \(x = 4\) \(20 - 2x = -12\) のとき … \(x = 16\)
変域は、切り取れる大きさから \(0 < x < 10\) なので
(\(x = 16\) は紙の半分を超えるので不適)
\(2x\) を引くのを忘れない
\((20 - x)^2\) としてしまうミスが非常に多いです。 左右の両方から切り取るので \(2x\) です。
型4:増加・減少の問題¶
例題6¶
ある品物の値段を \(x\) % 値上げしたところ、売れる個数が \(x\) % 減り、 売上が \(4\) % 減りました。\(x\) を求めなさい。 (もとの値段を \(a\) 円、もとの個数を \(b\) 個とします)
解答
値上げ後の値段は \(a\left(1 + \dfrac{x}{100}\right)\)、個数は \(b\left(1 - \dfrac{x}{100}\right)\) です。
売上が \(4\) % 減ったので、もとの \(0.96\) 倍になります。
両辺を \(ab\) で割り、和と差の積を使うと
値上げ率なので \(x > 0\)。よって
練習問題¶
問1¶
たて \(6\) cm、よこ \(10\) cm の長方形で、点 P は B を出発し毎秒 \(1\) cm で C へ動きます。 三角形 ABP の面積が \(9\) cm² になるのは何秒後ですか。
解答
\(x\) 秒後とすると BP \(= x\)、高さ AB \(= 6\)。
変域 \(0 \leqq x \leqq 10\) を満たすので \(3\) 秒後
(これは一次方程式になります。動点でも常に二次になるとは限りません)
問2¶
連続する2つの正の整数があり、それぞれを2乗した数の和が \(145\) です。この2つの整数を求めなさい。
解答
小さいほうを \(x\) とすると、大きいほうは \(x + 1\)。
正の整数なので \(x = 8\)。
問3¶
1辺 \(16\) cm の正方形の紙の四隅から1辺 \(x\) cm の正方形を切り取って箱を作ったところ、 底面積が \(100\) cm² になりました。\(x\) を求めなさい。
解答
\(x = 3\) または \(x = 13\)。変域 \(0 < x < 8\) より
問4(応用)¶
たて \(15\) m、よこ \(24\) m の土地に、同じ幅の道を縦横に1本ずつ作ったところ、 残りの面積が \(308\) m² になりました。道の幅を求めなさい。
解答
幅を \(x\) m として、道を端に寄せると
解の公式より
\(\sqrt{1313} = 36.2\ldots\) なので
(もう一方は \(37.6\ldots\) でたての \(15\) m を超えるため不適)
きれいな数にならないこともある
入試問題でも、根号のまま答えることはよくあります。 「割り切れないから間違い」とは限りません。変域で判断しましょう。
この単元のまとめ¶
- 解が2つ出たら、必ず変域・条件を確認する。不適なら理由を書いて捨てる
- 動点:2点が動くときは、先に止まるほうで変域が決まる。2つとも答えになることもある
- 道幅:道を端に寄せて1つの長方形にまとめる
- 箱:両側から切るので \(2x\) を引く
- 答えが根号のままになることもある
関連ページ¶
- 二次方程式の基本 — 3つの解き方
- 二次方程式の基本的な文章題 — 数・図形・速さ
- 平方根の利用 — 根号を含む式の整理
もっと練習しよう
この分野の問題をもっと解きたいときは、二次方程式 練習問題 に挑戦しよう。解説ページとはちがう問題です。