才塾 定期テスト対策

数学 中3 1章 展開・因数分解 第3回)

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$ \boxed{\phantom{ho}}$←ここに四角形が表示されていたら準備OKです。

問題をクリックすると答えがでます。

展開
(1) 次の式を計算しなさい。 \begin{eqnarray*} &①& \quad 7x(4x-9y)&②& \quad \cfrac{3}{8}x(56x-40y)\\ \\ &③& \quad (-5a+3b)\times (-9a)&④& \quad -4a(7a+2b-3c)\\ \\ &⑤& \quad (12xy+60x)\div 6x&⑥& \quad (26ax-39x)\div(-13x)\\ \\ &⑦& \quad (18x^2y-27xy^2)\div(9xy)\quad&⑧& \quad (-15x^2+25x)\div \cfrac{5}{3}x \end{eqnarray*}

分配法則

$$ \large{a(b+c)=ab+ac \qquad (a+b)c=ac+bc}$$

答え
$①28x^2-63xy$ $②21x^2-15xy$ $③45a^2-27ab$ $④-28a^2-8ab+12ac$ $⑤2y+10$ $⑥-2a+3$ $⑦2x-3y$ $⑧-9x+15$

POINT

⑧分数の割り算は逆数をかけます。いわゆる「ひっくり返して掛ける」というやつです。そのさい、注意点があります。$x$ は分母のほうにいきます。
$\qquad \cfrac{5}{3}x=\cfrac{5x}{3}$ なので、逆数にすると$\cfrac{3}{5x}$
なので、 \begin{eqnarray*} && (-15x^2+25x)\div \cfrac{5}{3}x\\ &=& (-15x^2+25x)\times \cfrac{3}{5x}\\ &=& -15x^2\times \cfrac{3}{5x} +25x\times \cfrac{3}{5x}\\ &=& -9x+15 \end{eqnarray*} まちがえやすい注意点なので、もういちど整理しておきますね。
$\qquad \cfrac{5}{3}x$ を逆数にすると $\cfrac{3}{5}x$ ←まちがい
$\qquad \cfrac{5}{3}x$ を逆数にすると $\cfrac{3}{5x}$ ←正しい

(2) 次の式を展開しなさい。
\begin{eqnarray*} &①& \quad (m+n)(p+q)&②& \quad (2x+7)(3x-4)\\ \\ &③& \quad (5x+6y)(x-3y)&④& \quad (x+y)(2x-3y+1)\\ \\ &⑤& \quad (x+8)(x+3)&⑥& \quad (a+6)(a-7)\\ \\ &⑦& \quad (y-4)(y-6)&⑧& \quad (x+6)^2\\ \\ &⑨& \quad (4a-5b)^2&⑩& \quad \left( \cfrac{3}{8}x+2 \right)^2\\ \\ &⑪& \quad (7x+13)(7x-13)\qquad&⑫& \quad \left( \cfrac{1}{4}x+\cfrac{2}{5}y\right) \left( \cfrac{1}{4}x-\cfrac{2}{5}y \right)\\ \\ &⑬& \quad (5+3y)(3y-5)&⑭& \quad (-4a+9)(4a+9)\\ \end{eqnarray*}

乗法公式

1. $ \large{(x+a)(x+b)=x^2+(a+b)x+ab}$
2. $ \large{(x+a)^2=x^2+2ax+a^2}$
3. $ \large{(x-a)^2=x^2-2ax+a^2}$
4. $ \large{(x+a)(x-a)=x^2-a^2}$

答え
$①mp+mq+np+nq$ $②6x^2+13x-28$ $③5x^2-9xy-18y^2$ $④2x^2-xy+x-3y^2+y$ $⑤x^2+11x+24$ $⑥a^2-a-42$ $⑦y^2-10y+24$ $⑧x^2+12x+36$ $⑨16a^2-40ab+25b^2$ $⑩\cfrac{9}{64}x^2+\cfrac{3}{2}x+4$ $⑪49x^2-169$ $⑫\cfrac{1}{16}x^2-\cfrac{4}{25}y^2$ $⑬9y^2-25$ $⑭-16a^2+81$

POINT

分配法則でまんべんなく掛ければすべて正答できるのですが、⑤番以降は乗法公式でやりましょう。中3でおぼえるべき乗法公式は $4$つです。必ずおぼえて使えるようになり、慣れておきましょう。でないといろいろこまったことになります。
⑬と⑭は、かっこの中の順番を変えれば公式$4$が使えます。 \begin{eqnarray*} &⑬& (5+3y)(3y-5)\\ &=& (3y+5)(3y-5)\\ &=& 9y^2-25 \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &⑭& (-4a+9)(4a+9)\\ &=& (9-4a)(9+4a)\\ &=& 81-16a^2 \end{eqnarray*}

(3) 次の式を展開しなさい。
\begin{eqnarray*} &①& \quad -(x+5)(x-8)&②& \quad 4(3x+4)^2\\ \\ &③& \quad -2(x-1)(4x+5)-(x-2)(x+2)\\ \\ &④& \quad 3(x+y)(x-y)-4(2x-3y)^2\\ \\ &⑤& \quad (2x+y-1)^2&⑥& \quad (3x-y+2)(3x-y-2)\\ \\ &⑦& \quad (4a+5b+1)(4a-5b-1) \end{eqnarray*}

答え
$①-x^2+3x+40$ $②36x^2+96x+64$ $③-9x^2-2x+14$ $④-13x^2+48xy-39y^2$ $⑤4x^2+4xy-4x+y^2-2y+1$ $⑥9x^2-6xy+y^2-4$ $⑦16a^2-25b^2-10b-1$

POINT

\begin{eqnarray*} &①& -(x+5)((x-8)\\ &=& -(x^2-3x-40)\\ &=& -x^2+3x+40 \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &②& 4(3x+4)^2\\ &=& 4(9x^2+24x+16)\\ &=& 36x^2+96x+64 \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &③& -2(x-1)(4x+5)-(x-2)(x+2)\\ &=& -2(4x^2+x-5)-(x^2-4)\\ &=& -8x^2-2x+10-x^2+4\\ &=& -9x^2-2x+14 \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &④& 3(x+y)(x-y)-4(2x-3y)^2\\ &=& 3(x^2-y^2)-4(4x^2-12xy+9y^2)\\ &=& 3x^2-3y^2-16x^2+48xy-36y^2\\ &=& -13x^2+48xy-39y^2 \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &⑤& (2x+y-1)^2\\ &=& (2x+y)^2-2(2x+y)+1\\ &=& 4x^2+4xy+y^2-4x-2y+1\\ &=& 4x^2+4xy-4x+y^2-2y+1 \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &⑥& (3x-y+2)(3x-y-2)\\ &=& (3x-y)^2-4\\ &=& 9x^2-6xy+y^2-4 \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &⑦& (4a+5b+1)(4a-5b-1)\\ &=& \{4a+(5b+1)\} \{4a-(5b+1)\}\\ &=& 16a^2-(5b+1)^2\\ &=& 16a^2-(25b^2+10b+1)\\ &=& 16a^2-25b^2-10b-1 \end{eqnarray*}

(4) 乗法公式を使って次の計算をしなさい。計算の過程をかいておくこと。
\begin{eqnarray*} &①& \quad 103^2\qquad&②& \quad 98^2\\ \\ &③& \quad 106\times94 \end{eqnarray*}

答え
\begin{eqnarray*} &①& 103^2\\ &=& (100+3)^2\\ &=& 10000+600+9\\ &=& 10609 \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &②& 98^2\\ &=& (100-2)^2\\ &=& 10000-400+4\\ &=& 9604 \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &③& 106\times94\\ &=& (100+6)(100-6)\\ &=& 10000-36\\ &=& 9964 \end{eqnarray*}

(5) $x=-8, \ y=\cfrac{1}{8}$ のとき、次の式の値を求めなさい。 \begin{eqnarray*} &①& \quad (x-5y)(x+4y)+20y^2\\ \\ &②& \quad -(x-y)^2+(2x+y)(x+y) \end{eqnarray*}

答え
$①65$ $②59$

POINT

問題の式に $x$ や $y$ の値を代入すれば答えは出ますが、めんどうくさいことになります。いったん展開して整理してから代入するとラクになります。 \begin{eqnarray*} &①& (x-5y)(x+4y)+20y^2\\ &=& x^2-xy-20y^2+20y^2\\ &=& x^2-xy \quad \class{mathbg-r}{(ここまでやってから代入する)} \\ &=& (-8)^2-(-8)\times \cfrac{1}{8}\\ &=& 64+1\\ &=& 65 \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &②& -(x-y)^2+(2x+y)(x+y)\\ &=& -(x^2-2xy+y^2)+2x^2+3xy+y^2\\ &=& -x^2+2xy-y^2+2x^2+3xy+y^2\\ &=& x^2+5xy \quad \class{mathbg-r}{(ここまでやってから代入する)} \\ &=& (-8)^2+5 \times(-8) \times \cfrac{1}{8}\\ &=& 64-5\\ &=& 59 \end{eqnarray*}

(6) 次の $ \boxed{\Large\phantom{hoge}}$ の中にあてはまる数や式をいれなさい。 \begin{eqnarray*} &①& \quad (x-6)(x+\boxed{\Large\phantom{hoge}}) \qquad &②& \quad (3x-\boxed{\Large\phantom{hoge}})^2\\ &=& \quad x^2+\boxed{\Large\phantom{hoge}}-54&=& \quad 9x^2-\boxed{\Large\phantom{hoge}}+49y^2 \\ \end{eqnarray*}

答え
\begin{eqnarray*} &①& \quad (x-6)(x+\boxed{\large{ \ 9 \ }}) \qquad &②& \quad (3x-\boxed{\large{ \ 7y \ }})^2\\ &=& \quad x^2+\boxed{\large{ \ 3x \ }}-54&=& \quad 9x^2-\boxed{\large{ \ 42xy \ }}+49y^2 \\ \end{eqnarray*}

素数
(7) 30以下の素数をすべていいなさい。

答え
$$2,3,5,7,11,13,17,19,23,29$$

素数

$1$ より大きい自然数で、正の約数が $1$ とその数しかない数を素数(そすう)という。

※$1$ は素数じゃないです。素数は $2$ からはじまります。しっかりおぼえて。

素因数分解
(8) 次の①,②の数を素因数分解して、素数の積の形で表しなさい。
$$①48\qquad\qquad\qquad②180$$

答え
$①2^4\times3$ $②2^2\times3^2\times5$

POINT

素因数分解

素因数分解

自然数をいくつかの自然数の積に形に表すとき、その $1$ つ $1$ つの自然数を因数という。
その因数が素数のとき、それを素因数という。
自然数を素因数だけの積の形に表すことを素因数分解するという。
素因数分解して表された積の形は、素因数を並べる順序を考えなければ、$1$ 通りだけである。

因数分解
(9) 次の式を因数分解しなさい。 \begin{eqnarray*} &①& \quad px-py&②& \quad 60x^2-90x\\ \\ &③& \quad -6a^2b+18ab^2\qquad&④& \quad 14x^2-21xy+7x \end{eqnarray*}

共通因数でくくる

$$ \large{ab+ac=a(b+c)}$$

答え
$①p(x-y)$ $②30x(2x-3)$ $③-6ab(a-3b)$
$④7x(2x-3y+1)$

POINT

くくるのは因数分解です。そのさい、かっこの外がなるべく大きくなるようにします。なので、たとえば②の問題は、 \begin{eqnarray*} &②& 60x^2-90x\\ &=& 10x(6x-9) \end{eqnarray*} こういうのは×です。かっこの中がまだ $3$ でくくれるからです。

③番の問題は、 \begin{eqnarray*} &③& -6a^2b+18ab^2\\ &=& 6ab(-a+3b) \end{eqnarray*} これでも〇になるとおもいますが、こういうのは $$-6ab(a-3b)$$ とかくのが数学のおやくそくです。$(-$ というふうにはかきません。別にダメというわけじゃないんですけど、まあ、ふつうそうすることになってます。

(10) 次の式を因数分解しなさい。 \begin{eqnarray*} &①& \quad x^2+12x+20 &②& \quad a^2-5a-14\\ \\ &③& \quad x^2+7x-60 &④& \quad m^2-16m+63\\ \\ &⑤& \quad x^2+2x+1 &⑥& \quad m^2+20m+100\\ \\ &⑦& \quad 25x^2+20xy+4y^2 &⑧& \quad \cfrac{1}{9}x^2+\cfrac{8}{3}x+16\\ \\ &⑨& \quad x^2-4x+4 &⑩& \quad a^2-16a+64\\ \\ &⑪& \quad 9x^2-30xy+25y^2 \qquad &⑫& \quad 25m^2-\cfrac{15}{2}mn+\cfrac{9}{16}n^2\\ \\ &⑬& \quad x^2-100 &⑭& \quad a^2-144\\ \\ &⑮& \quad 64a^2-49b^2 &⑯& \quad \cfrac{1}{4}x^2-\cfrac{81}{121}y^2\\ \end{eqnarray*}

因数分解の公式

1. $ \large{x^2+(a+b)x+ab}=(x+a)(x+b)$
2. $ \large{x^2+2ax+a^2=(x+a)^2}$
3. $ \large{x^2-2ax+a^2=(x-a)^2}$
4. $ \large{x^2-a^2=(x+a)(x-a)}$

答え
$①(x+2)(x+10)$ $②(a+2)(a-7)$ $③(x+12)(x-5)$ $④(m-7)(m-9)$ $⑤(x+1)^2$ $⑥(m+10)^2$ $⑦(5x+2y)^2$ $⑧(\cfrac{1}{3}x+4)^2$ $⑨(x-2)^2$ $⑩(a-8)^2$ $⑪(3x-5y)^2$ $⑫(5m-\cfrac{3}{4}n)^2$ $⑬(x+10)(x-10)$ $⑭(a+12)(a-12)$ $⑮(8a+7b)(8a-7b)$ $⑯\left(\cfrac{1}{2}x+\cfrac{9}{11}y\right)\left(\cfrac{1}{2}x-\cfrac{9}{11}y\right)$

POINT

さあ、数学はこれから、$2$ 乗の数に気をつけるようにしましょう。$2$ 乗の数 というのは、 $$\large{1,4,9,16,25,36,49,64,81,100,121,144,169...}$$ こういう数のことです。問題の中にこういう数があるときは、公式の②番③番④番のことを考えましょう。

(11) 次の $ \boxed{\Large\phantom{hoge}}$ の中にあてはまる数や式をいれなさい。 \begin{eqnarray*} &①& \quad x^2-\boxed{\Large\phantom{hoge}}-66\qquad &②& \quad 4x^2-\boxed{\Large\phantom{hoge}}+25y^2\\ &=& \quad (x+6)(x-\boxed{\Large\phantom{hoge}})&=& \quad (2x-\boxed{\Large\phantom{hoge}})^2 \\ \end{eqnarray*}

答え
\begin{eqnarray*} &①& \quad x^2-\boxed{\large{ \ 5x \ }}-66\qquad &②& \quad 4x^2-\boxed{\large{ \ 20xy \ }}+25y^2\\ &=& \quad (x+6)(x-\boxed{\large{ \ 11 \ }})&=& \quad (2x-\boxed{\large{ \ 5y \ }})^2 \\ \end{eqnarray*}

(12) 因数分解を使って次の計算をしなさい。計算の過程をかいておくこと。
$$①\quad 1.02^2-0.92^2 \qquad\qquad\qquad ②\quad89\times11+89^2$$

答え
\begin{eqnarray*} &①& 1.02^2-0.92^2\\ &=& (1.02+0.92)(1.02-0.92)\\ &=& 1.94\times0.1\\ &=& 0.194 \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &②& 89\times11+89^2\\ &=& 89(11+89)\\ &=& 89\times100\\ &=& 8900 \end{eqnarray*}

(13) 次の式を因数分解しなさい。 \begin{eqnarray*} &①& \quad 4x^2+48x+80 &②& \quad ax^2+3axy-10ay^2\\ \\ &③& \quad x^2y-9y^3 &④& \quad x(a-1)-y(a-1)\\ \\ &⑤& \quad (x+3)^2+4(x+3) &⑥& \quad (x-1)^2-y^2\\ \\ &⑦& \quad (x-y)^2-8(x-y)+16 \quad &⑧& \quad (2x-3)^2-(x+2)^2\\ \\ &⑨& \quad mx+my+nx+ny \end{eqnarray*}

答え
$①4(x+2)(x+10)$ $②a(x+5y)(x-2y)$ $③y(x+3y)(x-3y)$ $④(a-1)(x-y)$ $⑤(x+3)(x+7)$ $⑥(x+y-1)(x-y-1)$ $⑦(x-y-4)^2$ $⑧(3x-1)(x-5)$ $⑨(x+y)(m+n)$

POINT

\begin{eqnarray*} &①& 4x^2+48x+80\\ &=& 4(x^2+12x+20)\\ &=& 4(x+2)(x+10) \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &②& ax^2+3axy-10ay^2\\ &=& a(x^2+3xy-10y^2)\\ &=& a(x+5y)(x-2y) \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &③& x^2y-9y^3\\ &=& y(x^2-9y^2)\\ &=& y(x+3y)(x-3y) \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &④& a-1 \ を \ A \ とおくと、\\ &&x(a-1)-y(a-1)\\ &=& xA-yA\\ &=& A(x-y)\\ &=& (a-1)(x-y) \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &⑤& x+3 \ を \ A \ とおくと、\\ &&(x+3)^2+4(x+3)\\ &=& A^2+4A\\ &=& A(A+4)\\ &=& (x+3)(x+3+4)\\ &=& (x+3)(x+7) \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &⑥& x-1 \ を \ A \ とおくと、\\ &&(x-1)^2-y^2\\ &=& A^2-y^2\\ &=& (A+y)(A-y)\\ &=& (x-1+y)(x-1-y) \quad \class{mathbg-r}{(←これを答えても正解にはなる)} \\ &=& (x+y-1)(x-y-1) \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &⑦& x-y \ を \ A \ とおくと、\\ &&(x-y)^2-8(x-y)+16\\ &=& A^2-8A+16\\ &=& (A-4)^2\\ &=& (x-y-4)^2 \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &⑧& 2x-3 \ を \ A, \ x+2 \ を \ Bとおくと、\\ &&(2x-3)^2-(x+2)^2\\ &=& A^2-B^2\\ &=& (A+B)(A-B)\\ &=& \{(2x-3)+(x+2)\}\{(2x-3)-(x+2)\}\\ &=& (2x-3+x+2)(2x-3-x-2)\\ &=& (3x-1)(x-5) \end{eqnarray*} \begin{eqnarray*} &⑨&mx+my+nx+ny\\ &=& m(x+y)+n(x+y)\\ &&x+y \ を \ A \ とおくと、\\ &=& mA+nA\\ &=& A(m+n)\\ &=& (x+y)(m+n) \end{eqnarray*}

(14) $x=9.6, \ y=1.4$ のとき、次の式の値を求めなさい。 $$x^2+2xy+y^2$$

答え
$121$

POINT

問題の式に $x$ や $y$ の値を代入すれば答えは出ますが、めんどうくさいことになります。因数分解をしてから代入するとラクになる問題というのがあります。夢のようにラクになることさえあります。 \begin{eqnarray*} && x^2+2xy+y^2\\ &=& (x+y)^2\quad \class{mathbg-r}{(ここで代入する)} \\ &=& (9.6+1.4)^2\\ &=& 11^2\\ &=& 121 \end{eqnarray*}

(15) $x+y=-2, \ x-y=-4$ のとき、次の式の値を求めなさい。 $$x^2-y^2$$

答え
$8$

POINT

与えられた式を連立方程式にして、 \begin{eqnarray*} \left\{ \begin{array}{l} x+y=-2\\ x-y=-4 \end{array} \right. \end{eqnarray*} これを解けば $x, \ y$ が求められて、それを代入すれば答えが求められるのですが、この問題の場合はちょっと損なやりかたです。
因数分解をすればもっとラクにやれます。 \begin{eqnarray*} && x^2-y^2\\ &=& (x+y)(x-y)\quad \class{mathbg-r}{(こうすれば代入できる)} \\ &=& -2\times(-4)\\ &=& 8 \end{eqnarray*}

展開・因数分解の利用
(16) 連続する $3$つの整数がある。いちばん大きい数の平方からいちばん小さい数の平方を引くと、真ん中の数の $4$ 倍と等しくなることを証明しなさい。

答え
連続する $3$つの整数を $n-1, \ n, \ n+1$ とすると、 \begin{eqnarray*} && (n+1)^2-(n-1)^2\\ &=& n^2+2n+1-(n^2-2n+1)\\ &=& n^2+2n+1-n^2+2n-1\\ &=& 4n \end{eqnarray*} よって、連続する $3$つの整数で、いちばん大きい数の平方からいちばん小さい数の平方を引くと、真ん中の数の $4$ 倍と等しくなる。

POINT

<おぼえておきたい数学のおやくそく>
偶数…$2n$
奇数…$2n+1 \quad (2n-1)$
$3$の倍数…$3n$
$5$の倍数…$5n$
連続する $2$つの数…$n, \ n+1$
連続する $3$つの数…$n-1, \ n, \ n+1 \quad (n, \ n+1, \ n+2)$
連続する $2$つの偶数…$2n, \ 2n+2$
連続する $2$つの奇数…$2n-1, \ 2n+1$

(17) 連続する $2$つの偶数がある。大きいほうの偶数の平方から小さいほうの偶数の平方をひくと、$4$ の倍数になることを証明しなさい。

答え
連続する $2$つの偶数を $2n, \ 2n+2$ とすると、 \begin{eqnarray*} && (2n+2)^2-(2n)^2\\ &=& 4n^2+8n+4-4n^2\\ &=& 8n+4\\ &=& 4(2n+1) \end{eqnarray*} よって、連続する $2$つの整数で、大きいほうの偶数の平方から小さいほうの偶数の平方をひくと、$4$ の倍数になる。

POINT

<おぼえておきたい数学のおやくそく>
偶数…$2n$
奇数…$2n+1 \quad (2n-1)$
$3$の倍数…$3n$
$5$の倍数…$5n$
連続する $2$つの数…$n, \ n+1$
連続する $3$つの数…$n-1, \ n, \ n+1 \quad (n, \ n+1, \ n+2)$
連続する $2$つの偶数…$2n, \ 2n+2$
連続する $2$つの奇数…$2n-1, \ 2n+1$

円
(18) 半径が $r$ m の花壇の周囲に、幅 $a$ mの道がある。道の中央を通る円周の長さを $l$ mとし、道の面積を $S$ ㎡とすると、$S=al$ となることを証明しなさい。

答え
\begin{eqnarray*} S&=& \pi(r+a)^2-\pi r^2\\ &=& \pi(r^2+2ar+a^2)-\pi r^2\\ &=& \pi r^2+2\pi ar+\pi a^2-\pi r^2\\ &=& 2\pi ar+\pi a^2\quad …① \end{eqnarray*} 道の中央を通る円周の半径の長さは $r+\cfrac{1}{2}a$ だから、 \begin{eqnarray*} l&=& 2\pi (r+\cfrac{1}{2}a)\\ &=& 2\pi r+ \pi a\ \end{eqnarray*} よって、 \begin{eqnarray*} al&=& a(2\pi r+ \pi a)\\ &=& 2\pi ar+\pi a^2\quad…② \end{eqnarray*} ①,②から、$S=al$

POINT

$S=al$ を証明しなさい、というのだから、「①$S$ について」と、「②$al$ について」、それぞれを式で表すことを考えていきます。
<①$S$ について>
$S$ というのは道の面積なのですから、いちばん大きい円からいちばん小さい円を引いたものになります。また、円の面積は $\pi \times(半径)^2$ です。
なのでいちばん小さい円の面積は $\pi r^2$ です。
円 いちばん大きい円の半径は、右の図のように考えると、青い部分と赤い部分の和です。青の長さは$r,$ 赤は $a$ ですから、半径の長さは $(r+a)$ ということになります。
なので、大きい円の面積は \begin{eqnarray*} && \pi (r+a)^2\\ &=& \pi (r^2+2ar+a^2) \\ &=& \pi r^2+2\pi ar+\pi a^2 \end{eqnarray*} なので、 \begin{eqnarray*} S&=& \pi r^2+2\pi ar+\pi a^2-\pi r^2\\ &=& 2\pi ar+\pi a^2 \end{eqnarray*} <②$al$ について>
円 $l$ というのは、点線の円の周囲の長さのことです。点線の円の半径の長さは、右の図のように考えると、青い部分と赤い部分の和です。青の長さは$r,$ 赤は $\cfrac{1}{2}a$ ですから、点線の円の半径の長さは $\left(r+\cfrac{1}{2}a\right)$ ということになります。
円周は $2\pi \times 半径$ ですから、 \begin{eqnarray*} l&=& 2\pi \left(r+\cfrac{1}{2}a\right)\\ &=& 2\pi r+\pi a \end{eqnarray*} なので、 \begin{eqnarray*} al&=& a(2\pi r+\pi a)\\ &=& 2\pi ar+\pi a^2 \end{eqnarray*} これで①も②もどちらも $2\pi ar+\pi a^2$ になりました。なので、 $$S=al$$


 答え(中3 1章 展開・因数分解 第3回) 

(1)$①28x^2-63xy$ $②21x^2-15xy$ $③45a^2-27ab$ $④-28a^2-8ab+12ac$ $⑤2y+10$ $⑥-2a+3$ $⑦2x-3y$ $⑧-9x+15$
(2)$①mp+mq+np+nq$ $②6x^2+13x-28$ $③5x^2-9xy-18y^2$ $④2x^2-xy+x-3y^2+y$ $⑤x^2+11x+24$ $⑥a^2-a-42$ $⑦y^2-10y+24$ $⑧x^2+12x+36$ $⑨16a^2-40ab+25b^2$ $⑩\cfrac{9}{64}x^2+\cfrac{3}{2}x+4$ $⑪49x^2-169$ $⑫\cfrac{1}{16}x^2-\cfrac{4}{25}y^2$ $⑬9y^2-25$ $⑭-16a^2+81$
(3)$①-x^2+3x+40$ $②36x^2+96x+64$ $③-9x^2-2x+14$ $④-13x^2+48xy-39y^2$ $⑤4x^2+4xy-4x+y^2-2y+1$ $⑥9x^2-6xy+y^2-4$ $⑦16a^2-25b^2-10b-1$ \begin{eqnarray*} (4)&①& 103^2&②& 98^2&③& 106\times94\\ &=& (100+3)^2&=& (100-2)^2&=& (100+6)(100-6)\\ &=& 10000+600+9 \quad&=& 10000-400+4 \quad&=& 10000-36\\ &=& 10609&=& 9604&=& 9964 \end{eqnarray*} (5)$①65$ $②59$ \begin{eqnarray*} (6)&①& \quad (x-6)(x+\boxed{\large{ \ 9 \ }}) \qquad &②& \quad (3x-\boxed{\large{ \ 7y \ }})^2\\ &=& \quad x^2+\boxed{\large{ \ 3x \ }}-54&=& \quad 9x^2-\boxed{\large{ \ 42xy \ }}+49y^2 \\ \end{eqnarray*} (7)$2,3,5,7,11,13,17,19,23,29$ (8)$①2^4\times3$ $②2^2\times3^2\times5$
(9)$①p(x-y)$ $②30x(2x-3)$ $③-6ab(a-3b)$
$④7x(2x-3y+1)$
(10)$①(x+2)(x+10)$ $②(a+2)(a-7)$ $③(x+12)(x-5)$ $④(m-7)(m-9)$ $⑤(x+1)^2$ $⑥(m+10)^2$ $⑦(5x+2y)^2$ $⑧(\cfrac{1}{3}x+4)^2$ $⑨(x-2)^2$ $⑩(a-8)^2$ $⑪(3x-5y)^2$ $⑫(5m-\cfrac{3}{4}n)^2$ $⑬(x+10)(x-10)$ $⑭(a+12)(a-12)$ $⑮(8a+7b)(8a-7b)$ $⑯\left(\cfrac{1}{2}x+\cfrac{9}{11}y\right)\left(\cfrac{1}{2}x-\cfrac{9}{11}y\right)$
\begin{eqnarray*} (11)&①& \quad x^2-\boxed{\large{ \ 5x \ }}-66\qquad &②& \quad 4x^2-\boxed{\large{ \ 20xy \ }}+25y^2\\ &=& \quad (x+6)(x-\boxed{\large{ \ 11 \ }})&=& \quad (2x-\boxed{\large{ \ 5y \ }})^2 \\ \end{eqnarray*}

\begin{eqnarray*} (12)&①& 1.02^2-0.92^2&②& 89\times11+89^2\\ &=& (1.02+0.92)(1.02-0.92)\quad&=& 89(11+89)\\ &=& 1.94\times0.1&=& 89\times100\\ &=& 0.194&=& 8900 \end{eqnarray*} (13)$①4(x+2)(x+10)$ $②a(x+5y)(x-2y)$ $③y(x+3y)(x-3y)$ $④(a-1)(x-y)$ $⑤(x+3)(x+7)$ $⑥(x+y-1)(x-y-1)$ $⑦(x-y-4)^2$ $⑧(3x-1)(x-5)$ $⑨(x+y)(m+n)$
(14)$121$ (15)$8$
(16)連続する $3$つの整数を $n-1, \ n, \ n+1$ とすると、 \begin{eqnarray*} && (n+1)^2-(n-1)^2\\ &=& n^2+2n+1-(n^2-2n+1)\\ &=& n^2+2n+1-n^2+2n-1\\ &=& 4n \end{eqnarray*} よって、連続する $3$つの整数で、いちばん大きい数の平方からいちばん小さい数の平方を引くと、真ん中の数の $4$ 倍と等しくなる。
(17)連続する $2$つの偶数を $2n, \ 2n+2$ とすると、 \begin{eqnarray*} && (2n+2)^2-(2n)^2\\ &=& 4n^2+8n+4-4n^2\\ &=& 8n+4\\ &=& 4(2n+1) \end{eqnarray*} よって、連続する $2$つの整数で、大きいほうの偶数の平方から小さいほうの偶数の平方をひくと、$4$ の倍数になる。
\begin{eqnarray*} (18)S&=& \pi(r+a)^2-\pi r^2 = \pi(r^2+2ar+a^2)-\pi r^2\\ &=& \pi r^2+2\pi ar+\pi a^2-\pi r^2 = 2\pi ar+\pi a^2\quad …① \end{eqnarray*} 道の中央を通る円周の半径の長さは $r+\cfrac{1}{2}a$ だから、 $$\quad l= 2\pi (r+\cfrac{1}{2}a) = 2\pi r+ \pi a\ $$ よって、 $$\quad al= a(2\pi r+ \pi a) = 2\pi ar+\pi a^2\quad…② $$ ①,②から、$S=al$

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