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1950年(昭和25年)京都大学(新制)-数学(共通)[2]

2025.11.19記

[2] 次の連立方程式の根を小数第2位は四捨五入して小数第1位まで求めよ.
x+y+z=100x^2+y^2=z^2xy=300

2025.11.25記

[解答]
x+y=100-zxy=300x^2+y^2=(x+y)^2-2xy=z^2 に代入して (100-z)^2-z^2=10000-200z=600,つまり z=47 となる.このとき x+y=53xy=300 により x,yt2次方程式
t^2-53t+300=0 の2解となり,t=\dfrac{53\pm\sqrt{1609}}{2} となる.

40^2=1600 に注意して \sqrt{1609}=40\sqrt{1+\dfrac{9}{1600}} と見て \sqrt{1+x}=1+\dfrac{1}{2}x-\dfrac{1}{8}(1+c)^{-3/2}x^2マクローリン展開から
\left|\sqrt{1+\dfrac{9}{1600}}-\left(1+\dfrac{9}{3200}\right)\right|=\left|\dfrac{\sqrt{1609}-40.1125}{40}\right|\leqq \dfrac{1}{8}\cdot 1^{-3/2}\cdot \dfrac{1}{300^2}=\dfrac{1}{720000}
と評価できるので,
\left|\dfrac{\sqrt{1609}}{2}-20.05625\right|\lt \dfrac{1}{36000}\lt \dfrac{1}{1000}=0.001
となり 20.055\lt\dfrac{\sqrt{1609}}{2}\lt 20.058 が成立する.よって \dfrac{53}{2}=26.5 から

46.555\lt\dfrac{53+\sqrt{1609}}{2}\lt 46.5586.442\lt\dfrac{53-\sqrt{1609}}{2}\lt 6.445

となり,小数第2位を四捨五入して 46.66.4 となる.

以上から,(x,y,z)=(46.6,6.4,47)(6.4,46.6,47) となる.

\sqrt{1609}=40.11234… です.当時の常識からすると開平を筆算で計算したのではないかと思います.はてなブログで筆算をどう表現すると良いのかは今後の課題として,とりあえず次のような感じで 40.11\lt \sqrt{1609}\lt 40.12 であることがわかります.

4 0. 1 1
4 16 09
4 16
80 09
\phantom{8}0 00
801 09 00
\phantom{80}1 08 01
8021 99 00
\phantom{802}1 80 21

[別解]
(途中から)

開平を筆算で行うことにより,40.11\lt \sqrt{1609}\lt 40.12 であるから 20.055\lt \dfrac{\sqrt{1609}}{2} \lt 20.06 となり,\dfrac{53}{2}=26.5 から

46.555\lt\dfrac{53+\sqrt{1609}}{2}\lt 46.566.44\lt\dfrac{53-\sqrt{1609}}{2}\lt 6.445

となり,小数第2位を四捨五入して 46.66.4 となる.

以上から,(x,y,z)=(46.6,6.4,47)(6.4,46.6,47) となる.

近似値はテイラー展開で評価するのが一般的ですが,開平に限っては慣れていれば筆算の方が早いですね(桁数にもよりますが).




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