問題10 対称 4 次式と 1 の 5 乗根 [高1★★★☆☆]
(1) 次のように x2 を中心に係数が対称になっている 4 次式
P(x) = ax4 + bx3 + cx2 + bx + a
について、t = x + 1/x とおくことにより、
P(x) = x2 Q(t)
の形に表せることを示してください。
(2) (1) の結果を用いて
x5 = 1
を解いてください。
[ヒント] 5 次方程式ですから、解は全部で 5 つあります。
解答10(4 次方程式に帰着させます)
(1) t = x + 1/x とおくと、t2 = x2 + 2 + 1/x2ですから、P(x) を x2 で括るとP(x) = x2(ax2 + bx + c + b/x + a/x2)
= x2[a(x2 + 1/x2) + b(x + 1/x) + c]
= x2[a(t2 − 2) + bt + c]
となって、P(x) = x2Q(t) の形になることが示されました。
(2) x = 1 が解であることは明白ですから、次のように因数分解できます:
(x − 1)(x4 + x3 + x2 + x + 1) = 0
残り 4 つの解を求めるには、次の 4 次方程式を解きます:
x4 + x3 + x2 + x + 1 = 0
これは P(x) において a = b = c = 1 とおいた式ですから、t = x + 1/x として
x2(t2 + t − 1) = 0
と変形できます。そこでまず t についての 2 次方程式
t2 + t − 1 = 0
を解いて、
t = [−1 ± √5] / 2
が得られます。これを x の表式に戻すと、
x + 1/x = [−1 ± √5] / 2
少し整理すると次の 2 つの 2 次方程式が得られます:
x2 + [1 − √5]x / 2 + 1 = 0
x2 + [1 + √5]x / 2 + 1 = 0
x2 + [1 + √5]x / 2 + 1 = 0
解の公式を使ってそれぞれの方程式を解くと、
という 4 つの解が得られます。以上まとめると、x5 − 1 = 0 の解は
理系英単語G 方程式その1
lineqr equation 1 次方程式
equation of first degree 1 次方程式
quadratic equation 2 次方程式
equation of second degree 2 次方程式
cubic equation 3 次方程式
equation of third degree 3 次方程式
transposition 移項
factorization 因数分解
extraction of square root 開平
equation of first degree 1 次方程式
quadratic equation 2 次方程式
equation of second degree 2 次方程式
cubic equation 3 次方程式
equation of third degree 3 次方程式
transposition 移項
factorization 因数分解
extraction of square root 開平