絶対値計算機

AIによるステップごとの解説で、絶対値の方程式と不等式を解きます
|x - 3| = 5
|2x + 1| < 7
|3x - 6| >= 9
|x^2 - 4| = 3

絶対値とは?

実数 xx の絶対値 ∣x∣|x| とは、数直線上で 00 からの距離を表します。

∣x∣={xif x≥0−xif x<0|x| = \begin{cases} x & \text{if } x \geq 0 \\ -x & \text{if } x < 0 \end{cases}

主な性質:

  • すべての xx に対して ∣x∣≥0|x| \geq 0 であり、等号が成り立つのは x=0x = 0 のときに限ります。
  • ∣xy∣=∣x∣∣y∣|xy| = |x||y|(乗法的)。
  • ∣x+y∣≤∣x∣+∣y∣|x + y| \leq |x| + |y|(三角不等式)。
  • ∣x∣2=x2|x|^2 = x^2 なので ∣x∣=x2|x| = \sqrt{x^2}。

幾何学的な意味: ∣a−b∣|a - b| は数直線上の数 aa と bb の間の距離です。そのため、絶対値の不等式は距離に関する表現にきれいに置き換えられます。

絶対値は複素数(∣a+bi∣=a2+b2|a + bi| = \sqrt{a^2 + b^2})やベクトル(ユークリッドノルム)にも拡張されますが、ここではほとんどの宿題で使われる実数の場合に焦点を当てます。

絶対値の問題の解き方

タイプ1: 絶対値方程式

∣f(x)∣=c|f(x)| = c(cc は定数)。

  • c<0c < 0 の場合: 解なし(絶対値は決して負になりません)。
  • c=0c = 0 の場合: f(x)=0f(x) = 0 を解きます。
  • c>0c > 0 の場合: 2つの場合に分けます。f(x)=cf(x) = c または f(x)=−cf(x) = -c。それぞれを解き、有効な解をすべて残します。

例: ∣2x−3∣=7|2x - 3| = 7 は 2x−3=72x - 3 = 7 または 2x−3=−72x - 3 = -7 に分かれ、x=5x = 5 または x=−2x = -2 となります。

タイプ2: 「より小さい」不等式

∣f(x)∣<c|f(x)| < c(または ≤\leq、c>0c > 0)。

次と同値です: −c<f(x)<c-c < f(x) < c(連立不等式、AND)。

幾何学的な意味: f(x)f(x) は 00 から距離 cc 以内にあります。

例: ∣2x+1∣<7|2x + 1| < 7 は −7<2x+1<7-7 < 2x + 1 < 7 となり、−4<x<3-4 < x < 3 となります。

c≤0c \leq 0 の場合、解はありません(c=0c = 0 なら f(x)=0f(x) = 0 のみ)。

タイプ3: 「より大きい」不等式

∣f(x)∣>c|f(x)| > c(または ≥\geq、c≥0c \geq 0)。

次と同値です: f(x)<−cf(x) < -c または f(x)>cf(x) > c(選言、OR)。

例: ∣3x−6∣≥9|3x - 6| \geq 9 は 3x−6≤−93x - 6 \leq -9 または 3x−6≥93x - 6 \geq 9 となり、x≤−1x \leq -1 または x≥5x \geq 5 となります。

c<0c < 0 の場合、すべての実数が不等式を満たします。

注意: 両辺に絶対値

∣f(x)∣=∣g(x)∣|f(x)| = |g(x)| は f(x)=g(x)f(x) = g(x) または f(x)=−g(x)f(x) = -g(x) に分かれます。

解の確認

常に元の方程式に代入して確認します。2乗や場合分けは、状況によっては無縁解を生じることがあります。

避けるべきよくある間違い

  • 負の場合を落とす: ∣x∣=5|x| = 5 は2つの解、x=5x = 5 と x=−5x = -5 を持ちます。初学者は正の解だけを書きがちです。
  • AND と OR を逆にする: ∣x∣<c|x| < c は AND(−c-c と cc の間)を使い、∣x∣>c|x| > c は OR(−c-c 未満または cc より大きい)を使います。これらを取り違えると誤った答えになります。
  • cc が非負でなければならないことを忘れる: ∣f(x)∣=−3|f(x)| = -3 は解がありません。常に ∣f(x)∣≥0|f(x)| \geq 0 だからです。
  • 負の場合の符号の混乱: ∣2x−3∣=7|2x - 3| = 7 は 2x−3=−72x - 3 = -7 となり、−(2x)−3=7-(2x) - 3 = 7 ではありません。−c-c に等しい式全体を符号反転します。
  • 無縁解の見落とし: 解いた後は常に元の方程式に代入します。絶対値の構造が f(x)f(x) の非負性に依存していた場合は、それを確認します。

Examples

Step 1: 2つの場合に分けます: x−3=5x - 3 = 5 または x−3=−5x - 3 = -5
Step 2: 場合1: x=8x = 8
Step 3: 場合2: x=−2x = -2
Step 4: どちらも元の方程式で確認できます
Answer: x=8x = 8 または x=−2x = -2

Step 1: 「より小さい」不等式: 連立不等式として書き換えます
Step 2: −7<2x+1<7-7 < 2x + 1 < 7
Step 3: 1 を引きます: −8<2x<6-8 < 2x < 6
Step 4: 2 で割ります: −4<x<3-4 < x < 3
Answer: −4<x<3-4 < x < 3、区間表記では (−4,3)(-4, 3)

Step 1: 以上: 選言に分けます
Step 2: 3x−6≤−93x - 6 \leq -9 または 3x−6≥93x - 6 \geq 9
Step 3: 場合1: 3x≤−33x \leq -3、よって x≤−1x \leq -1
Step 4: 場合2: 3x≥153x \geq 15、よって x≥5x \geq 5
Answer: x≤−1x \leq -1 または x≥5x \geq 5

Frequently Asked Questions

絶対値は常に非負(≥ 0)なので、負の数に等しくなることはありません。この方程式に実数解はありません。

|x - a| は数直線上の x と a の間の距離です。したがって |x - 3| < 5 は「x は 3 から 5 単位以内」を意味し、-2 < x < 8 に変換されます。

|x| < c は「x は 0 から c 以内」を意味し、1つの区間(AND)です。|x| > c は「x は 0 から c より遠い」を意味し、2つの別々の区間(OR)です。幾何が論理演算子を決めます。

2つの場合に分けます: x = 2x - 3(x = 3 となる)または x = -(2x - 3)(x = 1 となる)。常に両方の候補解を元の方程式で確認してください。

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