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√a²=|a|になるのはなぜ?√a²=aではない理由を平方根から考える

√a²がaではなく絶対値aになる理由を平方根と場合分けから解説する記事

平方根を勉強していると、

\[ \sqrt{a^2}=|a| \]

という式が出てきます。

「2乗とルートは反対の操作だから、\(\sqrt{a^2}=a\) でいいのでは?」と思いやすいところです。

でも、これはaが負の数になる可能性を考えると成立しません。まずは中学で習う「平方根」の意味から確認します。

9の平方根と√9は同じではない

9の平方根を聞かれたら、答えは

\[ 3,\,-3 \]

です。3も-3も、2乗すると9になるからです。

一方で、

\[ \sqrt{9}=3 \]

です。

\(\sqrt{9}\) は「9の平方根を全部答えなさい」という意味ではなく、9の平方根のうち0以上の方を表します。

ここを区別できると、\(\sqrt{a^2}\)も見やすくなります。

√a²=aとすると、aが負のとき困る

例えば、\(a=-3\) としてみます。

\[ \sqrt{a^2} = \sqrt{(-3)^2} = \sqrt9 = 3 \]

ところが、右辺をそのまま \(a\) とすると、

\[ a=-3 \]

です。

左辺は3、右辺は-3になってしまうので、

\[ \sqrt{a^2}=a \]

は、いつでも成り立つ式ではありません。

左辺から考えると、場合分けが必要になる

「ルートと2乗を消す」と右から左へ機械的に見るのではなく、\(\sqrt{a^2}\)が何を表しているかを左辺から考えます。

aが0以上なら、2乗してから√を取ると元のaに戻ります。

\[ a\ge0 \text{ のとき }\sqrt{a^2}=a \]

一方、aが負なら、\(\sqrt{a^2}\)は0以上の値になるので、答えは \(-a\) です。

\[ a<0 \text{ のとき }\sqrt{a^2}=-a \]

例えば \(a=-3\) なら、\(-a=3\) です。

この2つをまとめたものが|a|

絶対値 \(|a|\) は、aが0からどれだけ離れているかを表します。

そのため、

\[ |a|= \begin{cases} a & (a\ge0)\\ -a & (a<0) \end{cases} \]

と表せます。

先ほどの \(\sqrt{a^2}\) の場合分けとまったく同じです。だから、

\[ \sqrt{a^2}=|a| \]

となります。

「2乗したものを√で戻すと元に戻る」と考えるより、2乗すると正負の情報が消えると考える方が本質に近いです。3も-3も2乗すれば9になるので、√を取っただけでは元がどちらだったかは分かりません。

大事なのは「全部の可能性を拾ったか」

この式は、場合分けの考え方を身につける入口にもなります。

aを見て無意識に「正の数」と決めてしまうと、\(\sqrt{a^2}=a\) としてしまいます。

でも文字には、問題文で条件がついていない限り、正・0・負の可能性があります。

そこで、

「aが負の場合は?」

「ほかの可能性を落としていないか?」

と確認する。

高校数学では、方程式・不等式・関数・確率など、さまざまな場面で場合分けが必要になります。最初から上手にできる必要はありませんが、「もう全部集めたかな?」と確認する癖は早い段階から持っておきたいところです。

公式を右から左へ読むだけにしない

\(\sqrt{a^2}=|a|\)をそのまま暗記しても問題は解けます。

ただ、左辺の意味から考えれば、忘れても戻れます。

  1. aには正と負の可能性がある
  2. a²にするとどちらも0以上になる
  3. √は0以上の平方根を表す
  4. だから答えはaの絶対値になる

数式をただ右から左へ変形するのではなく、その記号が何を意味しているかから考えることが大切です。

絶対値そのものが曖昧な場合は、「正負の数とは?」の絶対値の部分から確認しても構いません。

文字を見たら、条件を確認する

とだ塾では、公式だけを覚えるのではなく、「この文字はどんな値を取り得るか」「他の場合を落としていないか」まで確認しながら進めます。場合分けは、計算技術というより可能性を整理する力です。

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まとめ

  • 9の平方根は3と-3だが、√9は3
  • √は0以上の平方根を表す
  • aが負のとき、√a²=aでは成立しない
  • aの正負を場合分けすると、√a²は|a|になる
  • 文字式では「他の可能性を落としていないか」を確認することが大切

神戸市須磨区・板宿のとだ塾

「公式は覚えたけれど、文字が入ると急に分からなくなる」という場合は、具体的な数に戻しながら条件と場合分けを整理します。

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