平方根はなぜそう定義する?

数学平方根中学数学定義指数法則

√を使った掛け算が苦手なんだけど、なんで√3と√3をかけると3になるんですか?

11:15
リュウツー先生
リュウツー先生

いい質問なんでしょうか!

まず、3\sqrt{3}って何かというと、
「2乗すると3になる数」って定義されてるんです。
つまり
(3)2=3\left(\sqrt{3}\right)^2=3
が成り立つように 3\sqrt{3} を決めてある、ってこと。

で、3×3\sqrt{3}\times\sqrt{3} はまさに
3×3=(3)2\sqrt{3}\times\sqrt{3}=\left(\sqrt{3}\right)^2
だから、さっきの定義を使って
3×3=3\sqrt{3}\times\sqrt{3}=3
になる、というわけ。

イメージとしては「3\sqrt{3}は“3の2乗の逆”」みたいな立ち位置で、同じのを2回かけると元に戻る、って感じです。

ついでに確認:5×5\sqrt{5}\times\sqrt{5} はいくつになる?わかった?

11:15

なんで2乗すると3になる数って定義されているんですか?定義されていると言うことは、定義された理由がありますよね?

11:16
リュウツー先生
リュウツー先生

そうそうそうそう、めっちゃ良いツッコミ。

「なんで“2乗すると3になる数”って定義するの?」の理由は、ざっくり言うと
**“2乗を元に戻す操作(逆操作)を作りたいから”**なんよ。

たとえば、x2=3x^2=3 を解きたいとする。
でも x2x^2 って、普通は「2乗して終わり」で、逆向きに戻す道具がないと xx を取り出せない。
そこで「2乗の逆操作」を新しく作って、
その結果を 平方根 と呼ぶことにしたわけ。

だから
x2=3x=±3x^2=3 \Rightarrow x=\pm\sqrt{3}
って書けるようになる。

さらに便利ポイントがあって、指数のルール
a1/2 は (a1/2)2=aa^{1/2}\text{ は }(a^{1/2})^2=a
を満たすようにしたい。
この a1/2a^{1/2} を、記号として a\sqrt{a} と書く。
つまり
a=a1/2\sqrt{a}=a^{1/2}
って扱えるようにするための定義、ってこと。

ここまでOK?

(確認したい)君の中で「x2=3x^2=3 の解は x=3x=\sqrt{3} だけ」って思ってた?それとも ±3\pm\sqrt{3} まで知ってた?

11:16

私中学生なのでその説明だとよくわからないです…

11:17
リュウツー先生
リュウツー先生

了解!中学生向けに言い直すね。

まず「定義」ってのは、“こういうものとして名前をつけよう”って約束のこと。
で、なんで 3 \sqrt{3} を「2乗すると3になる数」って約束するかというと、
**“2乗の反対の操作(元に戻す操作)を作りたい”**からなんです。

たとえば、
22=42^2=4 はすぐわかるよね。
じゃあ逆に「2乗したら4になる数は何?」って聞かれたら、答えは 22 になる。

同じノリで
「2乗したら3になる数は何?」
って聞きたくなる。でも 12=11^2=122=42^2=4 だから、3はその間で、整数では作れない。

そこで、整数じゃなくてもいいから
「2乗したら3になる数」を新しく用意して、
それに名前をつけよう、ってなって
その名前が 3\sqrt{3} というわけ。

だから
3×3=3\sqrt{3}\times\sqrt{3}=3
は、「そうなるように 3\sqrt{3} を作った(約束した)」から必ず正しい、って話。

ここまでで、
「“2乗して3になる数”を作る理由=逆向きの質問に答えるため」
って感覚はつかめた?

11:17
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マイセオくん