二次式を $a(x-p)^{2}+q$ の形に直し、頂点と軸を読み取れるようにする操作。
定義
二次式 $ax^{2}+bx+c$($a\neq 0$)を、$a(x-p)^{2}+q$ の形に変形することを平方完成という。
定理
$a\neq 0$ のとき、次が成り立つ。
$$ax^{2}+bx+c=a\left(x+\frac{b}{2a}\right)^{2}-\frac{b^{2}-4ac}{4a}$$
証明
$x$ を含む項を $a$ でくくる。
$$ax^{2}+bx+c=a\left(x^{2}+\frac{b}{a}x\right)+c$$
括弧の中は $x^{2}+2\cdot\frac{b}{2a}\cdot x$ であるから、$\left(\frac{b}{2a}\right)^{2}$ を足して引けば平方の形が作れる。
$$=a\left\{\left(x+\frac{b}{2a}\right)^{2}-\left(\frac{b}{2a}\right)^{2}\right\}+c=a\left(x+\frac{b}{2a}\right)^{2}-\frac{b^{2}}{4a}+c$$
$$=a\left(x+\frac{b}{2a}\right)^{2}-\frac{b^{2}-4ac}{4a}$$
よって示された。
この操作で何が読み取れるようになるか
$y=a(x-p)^{2}+q$ の形になっていれば、グラフは頂点 $(p,\ q)$、軸 $x=p$ の放物線である。つまり平方完成は、式から頂点と軸を取り出す操作である。
例
$y=2x^{2}-8x+5$ を平方完成する。
$$y=2(x^{2}-4x)+5=2\left\{(x-2)^{2}-4\right\}+5=2(x-2)^{2}-3$$
よって頂点は $(2,\ -3)$、軸は直線 $x=2$ である。
想起チェック
まず答えを見ずに、思い出してみてください。
Q1平方完成とは、どんな式をどんな形に変形する操作か。
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Q2$y=a(x-p)^{2}+q$ のグラフの頂点と軸を答えよ。
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Q3$y=2x^{2}-8x+5$ の頂点を求めよ。
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復習の記録
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