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Algebra · real student question

5x^2 - 2x + 1 は実数の範囲で因数分解できるか。

Question

5x2−2x+15x^{2}-2x+1

が実数の範囲で因数分解できるかどうかを判定せよ。

Step-by-step solution

  1. 因数分解の問題を解の問題に置き換える。 2 次式が実係数の 1 次式の積 a(x−r1)(x−r2)a(x-r_{1})(x-r_{2}) に分解できるのは、実数解 r1,r2r_{1},r_{2} をもつとき、かつそのときに限る。したがって、因数の組を手当たりしだいに試すまでもなく、判別式だけで決着がつく。

  2. 判別式を計算する。 a=5a=5、b=−2b=-2、c=1c=1 として

    Δ=b2−4ac=(−2)2−4(5)(1)=4−20=−16\Delta=b^{2}-4ac=(-2)^{2}-4(5)(1)=4-20=-16

  3. 符号を解釈する。 Δ=−16<0\Delta=-16<0 なので解の公式には −16\sqrt{-16} が必要になるが、これは実数ではない。よって実数解は無く、実係数の 1 次式への分解も存在しない。

    5x2−2x+1 は R 上既約5x^{2}-2x+1\ \text{は }\mathbb{R}\text{ 上既約}

  4. 平方完成でも確かめる。 xx の項から 55 をくくり出すと、−25-\tfrac25 の半分は −15-\tfrac15 なので

    5x2−2x+1=5(x−15)2−5⋅125+1=5(x−15)2+455x^{2}-2x+1=5\left(x-\tfrac15\right)^{2}-5\cdot\tfrac1{25}+1=5\left(x-\tfrac15\right)^{2}+\tfrac45

    となる。最小値は 45>0\tfrac45>0 なので放物線は xx 軸に決して届かない——同じ結論の独立した証明である。

  5. 念のため C\mathbb{C} 上で因数分解する。 5(x−15)2=−455\left(x-\tfrac15\right)^{2}=-\tfrac45 より (x−15)2=−425\left(x-\tfrac15\right)^{2}=-\tfrac4{25} なので

    x=1±2i5x=\frac{1\pm2i}{5}

    となり、5x2−2x+1=5(x−1+2i5)(x−1−2i5)5x^{2}-2x+1=5\left(x-\frac{1+2i}{5}\right)\left(x-\frac{1-2i}{5}\right) である。解の公式も一致する:x=2±−1610=2±4i10=1±2i5x=\frac{2\pm\sqrt{-16}}{10}=\frac{2\pm4i}{10}=\frac{1\pm2i}{5} ✓——実係数の場合は常にそうであるように、共役な組になっている。

Answer

Δ=−16<0: R 上既約; x=1±2i5\Delta=-16<0:\ \mathbb{R}\ \text{上既約};\ x=\frac{1\pm2i}{5}

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