方針
まず の3解の基本対称式を解と係数の関係から求め、 を根にもつ3次式を作る。共通解の条件は、同じ数 が を満たすとして2式の差を取ると大きく絞れる。最後に の場合と の場合をそれぞれ元の式へ戻して確認する。
解答
(1) の3つの解を とすると、解と係数の関係よりである。 の3つの解は である。これらの和は である。2つずつの積の和はである。また3つの積は である。
よって、 の係数が であることから である。
(2)
2つの方程式が共通解 をもつとする。このとき である。2式を引くと すなわち である。
ここで はどちらの方程式にも代入すると左辺が になり、解ではない。したがって である。 のときは となり、確かに共通解をもつ。
次に のとき、 より であるから である。このとき でもあるので、実際に共通解をもつ。
したがって求める値は である。
別解
解法2(逆数の根を利用)
方針
より、 はそれぞれ である。このため は の根を逆数に移した多項式として一度に作れる。共通解の条件も「2つの根の積が1」と読み替え、 と の確認に帰着する。
解答
(1)
解と係数の関係よりである。したがってすなわち の根は、 の3根の逆数である。は最高次係数が1で、根が である。よって(2)
と が共通解をもつなら、 のある根が、別の(同じものでもよい)根の逆数に等しい。したがって の2根の積が1である。
異なる2根の積が1なら、3根の積も1であることから残りの根は1である。同じ根どうしの積が1なら、その根は または である。いずれの場合も、 は または を解にもつ。より候補は である。逆に、 では が、 では が と の共通解になる。したがってである。
総評
難度5、目安時間18分。解と係数の関係から新しい3次式を作る対称式の問題である。採点上は、 と整理できるかが大きい。共通解では2式の差から まで絞り、 を除外してから候補を元の式で確認する。 なお、積の根を逆数の根と見る解法2は、対称式の計算を短くしつつ、共通解の必要十分条件まで見通せる。