【質問】数学(高校):特殊な3次式の因数分解

〔質問〕
a3(b-c)+b3(c-a)+c3(a-b) の因数分解がわかりません
〔回答〕
まずは、どれかの文字だけに注目して整理しましょう!

 

解法

このような複数文字が登場する式の因数分解は、1つの文字だけに注目して整理するところから始めてください。突破口が開けます(ふつう、次数が一番低い文字)

a3(b-c)+b3(c-a)+c3(a-b) を、例えば a に注目して整理すると、
a3(b-c)-a(b3-c3)+b3c-bc3
となり、さらにできる範囲で因数分解を進めると、
a3(b-c)-a(b-c)(b2+bc+c2)+bc(b2-c2)
a3(b-c)-a(b-c)(b2+bc+c2)+bc(b-c)(b+c)
(b-c){a3a(b2+bc+c2)+bc(b+c)} となります
 
(※※※)

これ以降は、「(2次である)b または c の式」と見直して、2次式の因数分解と捉えます。
(b-c){a3-a(b2+bc+c2)+bc(b+c)}
=(b-c)(a3-ab2-abc-c2a+b2c+bc2)
=(b-c){(c-a)b2+(c2-ac)b+a3-c2a}
=(b-c){(c-a)b2+(c-a)cb-a(c2-a2)}
=(b-c){(c-a)b2+(c-a)cb-a(c-a)(c+a)}
=(b-c)(c-a){b2+cb-a(c+a)}

ここで、x2+5x+6 等の因数分解を考える時と同様に、
・足して c
・かけて -a(c+a)
となる組み合わせを考えます。
結果的には、-a と c+a が該当します。

ですので、{ } 部分は、(b-a)(b+c+a) となりますので、
全体としては、
=(b-c)(c-a)(b-a)(b+c+a) となります

この状態で終わってもらっても結構ですが、一応、a, b, c が循環しているように記述しておきたいので、(b-a) を -(a-b) とすることで、最終的には、
-(a-b)(b-c)(c-a)(a+b+c) としておいた方がきれいです

 
 
(※※※)の箇所以降について、3次式の因数分解ですので「因数定理」を使う、という発想でも解けます(数Ⅱの範囲)
{a3a(b2+bc+c2)+bc(b+c)} 部分の a に a=b を代入してみると、計算結果が(たまたま)0 になるので、(a-b) を因数に持っていることになります。そこで、この部分を (a-b) で割れば(筆算で求める)、商として、a2ab-bc-c2 が出てきます

この段階で、全体としては、
(b-c)(a-b){a2ab-bc-c2} となっています

さらに、{ } の中だけを因数分解していきますが、最後の部分が -c(b+c) ですので、
=(b-c)(a-b){a2ab-c(b+c)}
=(b-c)(a-b){a+(-c)}{a+(b+c)} となります
(足したら b、かけたら-c(b+c) となる組は「-c」と「b+c」のため)

よって、これを整えると、
=(b-c)(a-b)(a-c)(a+b+c)
=-(a-b)(b-c)(c-a)(a+b+c) となります

 

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