整式と展開¶
高校では式を「整式(多項式)」として扱い、次数や係数に注目して整理します。まず言葉を正確にそろえてから、展開公式に進みましょう。
1. まず用語をそろえる¶
| 用語 | 意味 | 例 |
|---|---|---|
| 単項式 | 数と文字のかけ算だけでできた式 | \(3x^2y\)、\(-5\) |
| 多項式 | 単項式を \(+\) で結んだ式 | \(x^2-3x+2\) |
| 整式 | 単項式と多項式をまとめた呼び方 | 上の両方 |
| 項 | 多項式を作っている1つ1つの単項式 | \(x^2-3x+2\) の項は \(x^2,\,-3x,\,2\) |
| 係数 | 項の数の部分 | \(-3x\) の係数は \(-3\) |
| 次数 | かけ合わされた文字の個数 | \(3x^2y\) の次数は \(3\) |
| 定数項 | 文字を含まない項 | \(x^2-3x+2\) の \(2\) |
次数は「文字の個数の合計」
\(3x^2y\) は \(3\times x\times x\times y\) なので、文字は3個。次数は \(2\) ではなく \(3\) です。 多項式の次数は、いちばん次数の高い項の次数で決めます。\(x^3+5x^2y^2\) なら次数は \(4\)。
「○について」整理する¶
\(2\) 種類以上の文字があるときは、どの文字に注目するかを決めて並べ替えます。注目しない文字は数と同じ扱いです。
次数の高い項から順に並べることを降べきの順、低い順を昇べきの順といいます。答案は原則、降べきの順で書きます。
例題1¶
\(-4x^3y^2\) の係数と次数を答えなさい。また、\(x\) について見たときの次数も答えなさい。
解説
係数は \(-4\)、次数は \(3+2=5\)。
\(x\) について見るときは \(y\) を数と同じ扱いにするので、\(x\) についての次数は \(3\)(係数は \(-4y^2\))です。
2. 指数法則¶
展開の計算はすべてこの3つが土台です。
指数法則
3. 展開は分配法則そのもの¶
かっこを外して単項式の和の形にすることを展開といいます。すべての組合せをかけ算して、同類項をまとめるだけです。
4. 覚えておく展開公式¶
展開公式
なぜ \((x+a)(x+b)\) の真ん中が \(a+b\) になるのか¶
たて \(x+a\)、よこ \(x+b\) の長方形の面積として見ると、\(ax\) と \(bx\) の2つの細長い部分が出てきます。この2つを合わせたものが \((a+b)x\) です。下のラボで \(a,b\) を動かして確かめてください。
\((a+b+c)^2\) の覚え方¶
3つの文字から2つを選ぶ組合せは \(ab,\,bc,\,ca\) の3通り。だから「2乗の和 + 2×(3つの積の組)」になります。
例題2¶
\((2x-3y)^2\) を展開しなさい。
解説
\((a-b)^2=a^2-2ab+b^2\) で \(a=2x,\,b=3y\) とみます。
かたまり全体を2乗するのがポイントです。\(2x\) の2乗は \(2x^2\) ではなく \(4x^2\)。
例題3¶
\((3x+2)(2x-5)\) を展開しなさい。
解説
\((ax+b)(cx+d)=acx^2+(ad+bc)x+bd\) で \(a=3,\,b=2,\,c=2,\,d=-5\)。
5. 工夫して展開する¶
そのまま全部かけ算すると大変な式でも、同じかたまりを文字におくと公式が使えます。
例題4¶
\((x+y+3)(x+y-3)\) を展開しなさい。
解説
\(x+y=A\) とおくと、\((A+3)(A-3)=A^2-9\)。
例題5¶
\((x+1)(x+2)(x+3)(x+4)\) を展開しなさい。
解説
かける順番を工夫します。定数の和がそろう組を作るのがコツです。
\(x^2+5x=A\) とおくと、
練習問題¶
- \(5x^3y^2z\) の次数と係数を答えなさい。
- \((3a-2b)^2\) を展開しなさい。
- \((4x+3y)(4x-3y)\) を展開しなさい。
- \((x-5)(x+8)\) を展開しなさい。
- \((2x+1)(3x-4)\) を展開しなさい。
- \((a-2b+c)^2\) を展開しなさい。
- \((x^2+x+1)(x^2-x+1)\) を展開しなさい。
答えと解説
1. 次数 \(3+2+1=6\)、係数 \(5\)。
2. \((3a)^2-2\cdot3a\cdot2b+(2b)^2=9a^2-12ab+4b^2\)
3. \((4x)^2-(3y)^2=16x^2-9y^2\)
4. \(x^2+(-5+8)x+(-5)\cdot8=x^2+3x-40\)
5. \(x^2\) の係数 \(2\cdot3=6\)、\(x\) の係数 \(2\cdot(-4)+1\cdot3=-5\)、定数項 \(-4\)。
6. \(a,\,-2b,\,c\) の3つとみて公式にあてはめます。
7. \(x^2+1=A\) とおくと \((A+x)(A-x)=A^2-x^2\)。
次に進む¶
- 2. 因数分解 — 展開の逆をたどって、積の形に戻す