(再追記)【質問】数学(高校):√2 が無理数の証明に関して(関連質問)

〔質問〕

【質問】数学(高校):√2 が無理数の証明で、「互いに素であることに矛盾」だから「無理数」。。。の質問の回答に関してですが

「今回の証明に関しては、m も n も2の倍数であることが得られますので、m/n(=2m’/2n’ とする)は約分できることになりますが、
約分した後の m’/n’ について、全く同じ経緯により、これらも 2 で約分できることになり」
の部分ですが
(1)「m も n も2の倍数である」ことが得られるのはどこから判断されているのでしょうか?
(2)「m’/n’ について、全く同じ経緯により、これらも 2 で約分できることになり」ですが全く同じ経緯とはどういったことから判断されているのでしょうか?
また「互いに素」という表現は受験数学ではどういった状態であると思っておくのがいいでしょうか?

〔回答〕

(1)「m も n も2の倍数である」に関しては、この証明過程で得られているもののことです。
(自分で導いていくものではなく)暗記事項に近いですので、見たことがなければこちらを確認してみてください

(2)「m’/n’ について、全く同じ経緯により、これらも 2 で約分できることになり」に関しては、
まず、そもそもの証明過程として、
√2=m/n の既約分数と仮定して話を進めた上で、m, n がともに2の倍数となり、√2(=m/n)=2m’/2n’(=m’/n’) となったわけですが(※ 上記の関連動画では違う文字でおいていますが同じ意味です)、

この √2=m/n から √2=2m’/2n’ が得られてしまった過程を、
再度 √2=m’/n’ からスタートすれば同様にして、√2(=m’/n’)=2m’’/2n’’(=m’’/n’’) のようなものが得られてしまう、という意味です。
(つまり、1回目に m だったものを m’ に、n だったものを n’ に書き換える)

※ 厳密には、m’ と n’ をおいた際に、互いに素(=最大公約数が1の関係(1以外の公約数を持たない))であるかどうかは不明ですので、
√2(=m/n) からは上記動画のように =2k/2ℓ のようにしておき、k/ℓ に対する既約分数を m’/n’ とした方が議論としては正確です

※ 追加質問

・(2)「m’/n’ について、全く同じ経緯により、これらも 2 で約分できることになり」というのはm’とn’も1)の手順で2の倍数になるから。という理解でいいでしょうか?

⇒ はい、その理解で大丈夫です
 
 
・そもそも1)のような手法で2の倍数になるという方向にもっていく発想がうまく出てきません。先生方は背理法(そもそも整数問題)で普段どういった考え方や頭の使い方をすれば解答に必要な1)のような変形をしようというのが思いつくのでしょうか?
また、そうなるためには普段どのような意識で勉強すればいいでしょうか?

⇒〔回答〕欄に記載の通り、この証明に関しては「思いつくもの」ではなく、むしろ「覚えるもの」になります。
こちらのページを作っていますので、参照してみてください。
 
 
・√を2乗して~以降の証明方法も初回の場合「こういうパターンの証明方法もあるんだな」として、こういった問題をたくさんインプットし自分の引き出しを増やすしかない。といった方法でひたすら問題を解いてインプットするのがベスト といった理解でいいでしょうか?(この√を2乗して~以降の発想がまったくでてきませんでした。。。)

⇒ はい、それで結構です。
むしろ初見の段階ではそうならざるをえず、これを経て「2乗すればルートが外れて整数の話に切り替わる」ことを知る(=別の問題でも試せるようにする)、というステップをとってください。

※ 先に「2乗すればルートが外れて整数の話に切り替わる」と聞いただけでは、実際に登場しても使えないと思います
(事例の中で1つずつ見ていかないと使えるようにならない)

 

※ 理解を優先するために、あえて大雑把に書いてある場合があります

 
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