複素数の範囲で因数分解!係数掛け忘れの罠と満点を掴む完全解法

複素数の範囲で因数分解!係数掛け忘れの罠と満点を掴む完全解法

複素数の範囲で因数分解!係数掛け忘れの罠と満点を掴む完全解法の要点を分かりやすくまとめてご紹介します。

記述試験で1点も落とさない答案を作成するには、頭の中の処理を型化し、機械的なチェック機能を組み込んだ「途中式の書き方詳細まとめ」を愚直に実行することが最も有効です。ここでは、具体的な模範手順を4段階で解説します。

【例題】多項式 $P(x) = 3x^2 - 6x + 5$ を複素数の範囲で因数分解せよ。

ステップ1:最高次の係数 $a$ をあらかじめ答案用紙に書き留める

答案作成を始める際、まず先頭の係数 $a = 3$ を強く意識します。後から掛けようとすると確実に忘れるため、思考の初期段階で「最終形は $3(x - \alpha)(x - \beta)$ になる」と心の中で予約枠を設けます。

ステップ2:対応する2次方程式をおき、解の公式を適用する

「$3x^2 - 6x + 5 = 0$ とおくと」と宣言し、解の公式(係数が偶数の公式)を用いて方程式の解を求めます。

$$x = \frac{-(-3) \pm \sqrt{(-3)^2 - 3 \times 5}}{3} = \frac{3 \pm \sqrt{9 - 15}}{3} = \frac{3 \pm \sqrt{-6}}{3}$$

ステップ3:虚数単位 $i$ を正しく露出し、共役な複素数解を明記する

$\sqrt{-6} = \sqrt{6}i$ と変換し、2つの解を導きます。

$$x = \frac{3 + \sqrt{6}i}{3}, \quad \frac{3 - \sqrt{6}i}{3}$$

実部と虚部に分ければ $1 \pm \frac{\sqrt{6}}{3}i$ となり、互いに共役な複素数であることが確認できます。

ステップ4:公式 $a(x - \alpha)(x - \beta)$ に当てはめ、定数項で検算を行う

求めた解を因数分解の基本形に代入します。ここで係数の $3$ を絶対に忘れてはなりません。

$$3\left(x - \frac{3 + \sqrt{6}i}{3}\right)\left(x - \frac{3 - \sqrt{6}i}{3}\right)$$

小括弧を外して整理した形を最終解答とします。

$$\mathbf{3\left(x - 1 - \frac{\sqrt{6}}{3}i\right)\left(x - 1 + \frac{\sqrt{6}}{3}i\right)}$$

ここで重要なのが「5秒で終わるセルフ検算」です。それぞれの因数の定数項同士を掛け合わせ、最後に先頭の係数 $3$ を掛けたときに、元の式の定数項「$+5$」と一致するかを確認します。

$$\text{定数項の積} = 3 \times \left\{\left(-1\right)^2 - \left(\frac{\sqrt{6}}{3}i\right)^2\right\} = 3 \times \left(1 + \frac{6}{9}\right) = 3 \times \frac{5}{3} = 5$$

元の定数項 $+5$ と完全に一致しました。この逆算習慣さえ身につけておけば、係数の掛け忘れによる失点は事実上ゼロになります。

山田 真由
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山田 真由

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