数学トピックQ&A
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対称式
Q  因数分解の公式 x2+(ab)xab=(xa)(xb)の使い方は,ab の和と積に着目して,
 たとえば,x2+5x+6 では,ab=5ab=6をみたす ab は,a が2,b が3だから,x2+5x+6=(x+2)(x+3)としますが,a が3,b が2としてもよい.
 これには,何かしら納得いかないことがあります.どうして ab の値が2通りあってどちらでもよいのでしょうか.
A  それは abab の形にあるのです.ab で,ab に,ba に変えるとどんな式になりますか.
Q  abba になり,同じ式です.abba になるが同じ式ですね.ここに秘密があったのですか.
A  そうです.ab に,ba に変えても同じ式になるような式は他にもあります.
 たとえば,a2b2a3b3 などいくらでも作れます.
 このような式を対称式といいます.abab は,対称式の中でも,特に基本的なものという意味で,基本対称式といいます.
 3つの文字abc についても同じように,ab に,bc に,ca に変えても同じ式になるものを対称式といいます.
 たとえば,a2b2c2a3b3c3などがあります.
 基本対称式は abcabbccaabc です.
 これは高校生では難しいですが「どんな対称式でも基本対称式で表される」ことがいえるのです.
Q  「対称式が基本対称式で表される」とはどんなことですか.
A  例題で考えてみましょう.
 a2b2 =(ab)2 −2ab だから,
 pabqab とおくと,a2b2p2 −2q となって,
 a2b2pq で表されています.

 では,pabcqabbccarabc とおいて,
 a3b3c3 を,pqr で表してみてください.

Q  (abc)3 の計算をするとなると,大変だ.
A  次の式が成り立つことを確かめて使ってみてください.
   a3b3c3 −3abc=(abc)(a2b2c2abbcca)……[1]
Q  (abc)2a2b2c2 +2ab +2bc +2ca だから,[1] は,
   a3b3c3 =(abc){(abc)2 −3(abbcca)} +3abc
 となって,
   a3b3c3p(p2−3q)+3r
         =p3−3pq+3r
 対称式が基本対称式で表されることの意味がわかりました.
A  置き換えの対称性という視点で式を見ると,式の美しさのようなものが見えてくるでしょう.