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Algebra · real student question

方程式 (2x + 2)^(1/3) = −4 の実数解を求めよ。

Question

次の方程式の実数解を求めよ。

(2x+2)1/3=−4(2x+2)^{1/3} = -4

Step-by-step solution

  1. 指数を三乗根として読む。 定義より a1/3=a3a^{1/3} = \sqrt[3]{a} なので、この方程式は「2x+22x+2 の三乗根が −4-4 に等しい」と言っている。右辺が負でも問題はない。負の数も含め、どの実数にもちょうど 1 つの実数の三乗根があるからである。

  2. 両辺を 3 乗して根を外す。 両辺を 3 乗するのは三乗根をとる操作の逆である:

    ((2x+2)1/3)3=(−4)3⟹2x+2=−64\left((2x+2)^{1/3}\right)^3 = (-4)^3 \quad\Longrightarrow\quad 2x + 2 = -64

    (−4)3=−64(-4)^3 = -64 と符号がそのまま残る点に注意。2 乗なら符号は失われてしまう。

  3. 残った一次方程式を解く。

    2x=−64−2=−66⟹x=−332x = -64 - 2 = -66 \quad\Longrightarrow\quad x = -33

  4. 元の方程式に代入して検算する。 x=−33x = -33 を代入すると 2(−33)+2=−642(-33) + 2 = -64 となり、(−64)1/3=−4(-64)^{1/3} = -4 で右辺とぴたりと一致する。

  5. なぜ無縁解の確認が要らないのか。 3 乗は実数上で 1 対 1 の操作なので、解を増やすことも失うこともない。ここが平方根の方程式との決定的な違いで、そちらは両辺を 2 乗すると存在しない解が生まれ、あとで捨てなければならない。ここでは x=−33x = -33 が唯一の実数解である。

Answer

x=−33x = -33

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