【講義】2元1次方程式のグラフ

EXAMPLE

例題

$ax +by =c$($a$,$b$,$c$は定数)があります。いま,$a$,$b$,$c$の値がそれぞれ次のように与えられたとき,その方程式のグラフをかきなさい。

  1. $a =3$,$b =2$,$c =0$
  2. $a =-1$,$b =2$,$c =4$
  3. $a =0$,$b =5$,$c =20$
  4. $a =-3$,$b =0$,$c =9$

TEXT

テキスト解説

2元1次方程式$x +y =5$を満たす$x$,$y$の組は,次のようになります。

$x$ $1$ $2$ $3$ $4$ $5$ $6$ $7$ $8$
$y$ $4$ $3$ $2$ $1$ $0$ $-1$ $-2$ $-3$

この$x$と$y$の組$(x, \ y)$を座標とする点を図に表してみると次の図のようになり,$x$,$y$の組をもっと細かく,

\[ (0.1, \ 4.9), \quad (0.2, \ 4.8), \quad (0.3, \ 4.7), \quad \cdots \]

のようにして考えていくと,その$x$と$y$の組を座標とする点を図に表したとき,それらの点が集まって図のような直線に近づきます。

このようにして,2元1次方程式の解となる点$(x, \ y)$の全体は,1次関数のグラフと一致し,この直線を方程式のグラフといいます。

$p$,$q$,$r$を定数とするとき,2元1次方程式$px +qy =r$(ただし,$q \ne 0$)を$y$について解くと,

\begin{align}
px +qy &=r \cdots \cdots ①\\
qy &=-px +r \\
y &=(-px +r) \times \frac{1}{q} \\
&=-px \times \frac{1}{q} +r \times \frac{1}{q} \\
&=-\frac{p}{q}x +\frac{r}{q} \cdots \cdots ②
\end{align}

と変形でき,$\displaystyle -\frac{p}{q}=a$,$\displaystyle \frac{r}{q} =b$とすると,②の式は,$y =ax +b$と表すことができます。つまり,2元1次方程式を$y$について解くと,1次関数$y =ax +b$の形に変形することができるので,$px +qy =r$($q \ne 0$)のグラフは直線になります。

このとき$p =0$であるとすると,②の式は$\displaystyle y =\frac{r}{q}$となり,$x$の値にかかわらず常に$y$の値が$\displaystyle \frac{r}{q}$であることを表しています。この方程式をグラフにすると,次の図のように点$\displaystyle \left( 0, \ \frac{r}{q} \right)$を通り,$x$軸に平行な直線になります。

また,$p \ne 0$,$q =0$のとき,①の式は,$\displaystyle x=\frac{r}{p}$となり,$y$の値にかかわらず常に$x$の値が$\displaystyle \frac{r}{p}$であることを表しています。この方程式をグラフにすると,上の図のように$\displaystyle \left( \frac{r}{p}, \ 0 \right)$を通り,$y$軸に平行な直線になります。

このことから,$x =0$という方程式のグラフは$y$軸,$y =0$という方程式のグラフは$x$軸になります。

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