【質問】数学:連立方程式について、未知数がn個あった場合に、方程式がn個あれば求められるのはなぜですか

〔質問〕

連立方程式についての質問です。
未知数がn個あった場合に、方程式がn個あれば未知数を全て求められるのはなぜですか。

〔回答〕

端的に言えば、ちょうど1文字ずつ順番に消していけるから、です。
 
 
例えば、
・2x+y=5
・x-y=1
という連立方程式について、
2つ目の式を変形すると x=y+1 が得られ、これを1つ目に代入すれば 2(y+1)+y=5 という「x を消去した式」が得られます。
(その後、y が求まれば、x=y+1 を使うことで x も求まる)

この作業は別に1つ目の方の変形でもいいですし、y=● の形にしても構いませんが、
いずれにせよ、「方程式が1つあれば文字を1種類消せる」ことになります。

これは3文字の場合も同様で、例えば
・2x+y+z=8
・x-y-z=-1
・3x+y+z=10
の場合だと、
(どの文字についてでもいいですが)例えば3式目を z=-3x-y+10 に変形して、1つ目と2つ目に代入すると「x, y だけの式が2つ」できることになります。

これを一般化すると、
「未知数n個、方程式n個」の連立方程式は、方程式の1つを変形して他に代入することによって「未知数n-1個、方程式n-1個」の連立方程式を作ることができ、
さらに、そのうちの1つを変形して代入することで「未知数n-2個、方程式n-2個」の連立方程式を作ることができる、みたいなことをずっとやっていけて、
最終的に「未知数1個、方程式1個」の状態にまで持ってくることができます

〔補足〕

なお、「未知数n個、方程式n+1個以上」の連立方程式については、余った方程式も満たすのなら解としてOKになります。

例えば、
・2x+y=5
・x-y=1
・3x+y=7
という連立方程式の場合、上2つから x=2, y=1 が得られますが、
これは3つ目の式も満たす値になっていますので、別に構わない、ということになります。
(問題として成立する)

一方、
・2x+y=5
・x-y=1
・3x+y=6
のような場合だと、「3つともを同時に満たす x, y はない」ので「解なし」ということになります。

 

※ 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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