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等式の変形

\(x + 2y = 6\) を \(y = \cdots\) の形にするように、等式を「ある文字 \(= \cdots\)」の形に変形することを、その文字について解くといいます。等式の性質を使えば、方程式と同じ手順で変形できます。

この単元でできるようになること

  • 等式の性質を説明できる
  • 等式を、指定された文字について解ける
  • 分数やかっこをふくむ等式を変形できる
  • 公式を、求めたい文字について解ける

前に習ったこと

始める前に、次の問題が解けるか確かめよう。

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基本を理解する

等式を変形する「理由」

なぜ等式を変形するのか?

数学や理科では、さまざまな公式が登場する。たとえば:

\[ v = \frac{x}{t} \quad \text{(速さ=距離÷時間)} \]

この式は「速さ \(v\) を求める」ときには便利だが、「時間 \(t\) を求めたい」ときはどうだろう?

\[ t = \frac{x}{v} \]

このように、知りたい文字が左辺にくるよう式を変形することを等式の変形(または「〜について解く」)という。

等式の変形が役立つ場面

  • 理科の公式を使って、求めたい量を計算するとき
  • 方程式の解き方の応用として
  • 高校数学・入試での頻出テクニック

等式の性質

等式を変形するには、等式の両辺に同じ操作をしても等式は成り立つという性質を使う。

操作 例
両辺に同じ数をたす \(a = b \Rightarrow a + c = b + c\)
両辺から同じ数をひく \(a = b \Rightarrow a - c = b - c\)
両辺に同じ数をかける \(a = b \Rightarrow ac = bc\)
両辺を同じ数(≠0)で割る \(a = b \Rightarrow \dfrac{a}{c} = \dfrac{b}{c}\)

0で割ることは禁止!

両辺を \(0\) で割ることはできない。変形するときは「0でない数で割る」に注意。

特定の文字について解く

「\(x\) について解く」とは、式を \(x = \cdots\) の形に変形すること。

手順

  1. 求めたい文字を含む項を左辺に、それ以外を右辺に移項する
  2. 必要であれば両辺をかけたり割ったりして、係数を \(1\) にする

例題

例題1

\[ y = 3x - 2 \quad \text{を } x \text{ について解け。} \]
解答

\(x\) を含む項を左辺に移す。

\[ y + 2 = 3x \]

両辺を \(3\) で割る。

\[ x = \frac{y + 2}{3} \]

例題2

\[ 2x + 3y = 6 \quad \text{を } y \text{ について解け。} \]
解答

\(y\) を含む項を左辺に移す。

\[ 3y = 6 - 2x \]

両辺を \(3\) で割る。

\[ y = \frac{6 - 2x}{3} = 2 - \frac{2}{3}x \]

例題3(分数を含む場合)

\[ \frac{x - a}{2} = b \quad \text{を } x \text{ について解け。} \]
解答

両辺に \(2\) をかけて分母を払う。

\[ x - a = 2b \]

\(a\) を右辺に移項する。

\[ x = 2b + a \]

例題4(理科の公式)

速さ・時間・距離の関係式

\[ x = vt \quad \text{を } t \text{ について解け。} \]
解答

両辺を \(v\) で割る(\(v \neq 0\))。

\[ t = \frac{x}{v} \]

理科との連携

理科では \(v = \frac{x}{t}\)、\(x = vt\)、\(t = \frac{x}{v}\) の3つを覚えるが、等式の変形を使えば1つ覚えれば残り2つは導ける。

自分でやってみる

解いたら「答えを確認」で確かめよう。

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間違えやすいポイント

よくあるミスと注意点

移項するときは符号が変わる

\[ 3x + 5 = y \quad \Rightarrow \quad 3x = y - 5 \quad \text{(}+5\text{ を移項すると }-5\text{)} \]

分数・かっこは先に処理する

\[ \frac{ax + b}{c} = d \]

両辺に \(c\) をかけてから変形する:

\[ ax + b = cd \quad \Rightarrow \quad ax = cd - b \quad \Rightarrow \quad x = \frac{cd - b}{a} \]

分子ごとかけることに注意

\(\dfrac{ax + b}{c}\) の両辺に \(c\) をかけると、分子全体 \(ax + b\) にかかる。\(ax + bc\) とするミスに注意!


まとめ

この章のポイント

  1. 等式の変形とは、知りたい文字 = ~ の形に式を整理すること。
  2. 両辺に同じ操作(加減乗除)をしても等式は成り立つ。ただし0での除算は不可。
  3. 手順は「求めたい文字を左辺、それ以外を右辺に移項 → 係数で割る」。
  4. 理科の公式も等式の変形で自在に使いこなせる!

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