§1 数 と 式
1 「0」の使用上の注意
計算を行なうとき,「0」を特別扱いする場合があります。その特別扱いの方法は,各単元や章ごとに登場し,「0」の性質としてまとめられていません。ここで,これから計算していく上で,単元や章を飛び越えて「0」に関する使用上の注意を述べておくことにします。学習していて,もし「0」につまればもう一度この章を見直して見てください。
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a0(aの0乗)っていくら? (a≠0) |
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となります。ところが,3÷0 の値はいくらになるのでしょうか? 結論を言いますと,一般に,

には値がなく,数学において 「0 で割る行為」 は,許されていないのです。
[理由1]
もし,ある数を 0 で割ることが可能であるとします。例えば,3 を 0 で割った値が 5 になった(どのような値でもよいのですが)とします。すると,

となり,今,0 で割ることが許されていますので,上式の両辺に 0 を掛けますと,左辺は 0 で割ることができますので,
となります。したがって,3=0 というような矛盾が生じます。3 を別の数に置き換えても成立ちますので,このようなことをしますと,すべての数は 0 となります。これは,数を 0 で割るという行為を許した結果矛盾が生じたといえます。したがって,このような演算を許してしまいますと,すべての値は 0 ということになってしまいますので,行なってはいけません。
[理由2]
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というように関数にし,そのグラフを考えます。
となりますから,この表をグラフで表しますと,左のようになります。このグラフから分かりますように,x の値が負の方向から 0 に近づきますと y の値は負の無限大(-∞)となり,一方,x の値が正の方向から 0 に近づきますと y の値は正の無限大(+∞)となります。したがって,x=0 に対応する y の値は存在しません。
例題1 x に関する方程式 ax=2 を解け。
[解答] a≠0 と a=0 の場合に分けて考えます。
(1) a≠0 の場合
a≠0 なので,両辺を aで割ることができます。したがって,
.
(2) a=0 の場合
a=0 をもとの式へ代入します。すると,0・x=2 となります。どのような値を 0 に掛けても,左辺は 0 となりますので,これを満たす解はありません。したがって,解なし。
練習問題1 次の方程式を x について解け。
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(1) ax=b |
(2) (a+1)x=3 |
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となればよいので,an=a0・an が成り立つように a0 の値を定めれよいことになります。すなわち,a0=1 と定めます。
ついでに,a-m (m>0)も定めておきましょう。これも,am・an=am+n において,n=-m とおきますと,
となります。よって,am・a-m=1 となればよいので,
と定めます。
もう一つついでに,
(a>0,m>0)の値も定めておきましょう。これは,指数法則 (am)n=amn が成立するように定めます。ここでは,
とおきますと,

となります。よって,これは
を n 回(n乗)掛ると a となるので
と定めます。
例題2 次の値を求めよ。
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(1) 150 |
(2) 3-1 |
(3) 3-3 |
(4) |
(5) |
[解答]
(1) 150=1 (2)
(3)
(4)
(5) 
練習問題2 次の値を求めよ。
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(1) 1.60 |
(2) 0.1-1 |
(3) 1.5-3 |
(4) |
(5) |
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と書かれます。例えば,直線の方程式 4x-2y+6=0 は,y=2x+3 とも書かれます。このとき,
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と呼びます。傾きは,直線の方程式が y=mx+n という形で表されたとき,x の係数となって表されます。
ところが,直線の方程式が,いつも y=mx+n というような形で表されるとは限りません。そこで,もう一度,直線の方程式 ax+by+c=0 にもどって考えてみることにします。
[1] a≠0,b=0 のとき
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となりますので,右の図のようになります。
となります。一般には,もと式を簡単にしました直線の方程式
で表現されますが,x がどこにも出てこないので
が直線の方程式のようには見えませんが,そのような時は,0x+by+c=0 という式に戻して考えてみると,すぐにどのような直線か理解することができます。
[解答] 単純に計算します。

より,解は (1,5) となります。これを,グラフを用いた角度から考えてみましょう。
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となっているのに気がつくでしょう。では次の例題はいかがでしょうか?
例題3 次の連立方程式を解け。

[解答] 上のプログラムを利用して,図形的に考える方が分かりやすいと思います。
(1) それぞれの式を直線の方程式と見なしますと,y=2x+3, y=2x+1 となりますので,この2直線は互いに平行の位置になります。したがって,交点がありませんので解は,「解なし」となります。
(2) これも直線の方程式とみなしますと,それぞれの式は,y=2x+3, y=2x+3 となります。したがって,この2直線は一致します。よって,交点は無数にあるので解は,「無数」となります。
これで,2直線と0の関係は終了するのですが,「どこに0が出てきたの?」と思われることでしょう。次の練習問題3でしっかりと登場します。チャレンジしてみましょう。
練習問題3 次の連立方程式を解け。ただし,a は定数とする。
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2直線には,次のような関係があります。グラフで確かめてみましょう。
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a2=0,b2=0,c2=0 それぞれ成り立つとき,どのようになるのか考えてみてください。0 で困ったときは,この章にもどってきてみてください。