Pythonで中学方程式の計算

Pythonで中学 数学の「方程式の計算」をする方法を紹介します。レベルは「中1」です。

はじめに

Pythonがインストールしてあり、使い方を知っていることが前提です。

また、Pythonでの基本的な計算方法を知っておくことが前提です。
こちらの記事を参考にしてください。

必要なもの

Pythonが使えるデバイス。
パソコン、ラズパイ、タブレット、スマホなど。

※自分はChromebookのLinuxを使っています。

sympyをインストールする

方程式の計算でも文字式と同様にPythonライブラリ「sympy」を使います。

最新版をインストールしましょう。

pip3 install sympy==1.9

sympyをインストールするには、Pythonがすでにインストールされていることが前提です。
インストールできない人は以下の方法でインストールできるかもしれません。※Linuxの場合です。

sudo apt-get install python-pip
sudo pip install sympy

方程式 一般的な解き方

このような問題があったとします。

Q 次の方程式を解きなさい。

10x=4-6x

Pythonで解くには右辺の方をゼロにする必要があります。

したがって、次のように書き換えます。

10x-4+6x=0

これをもとにコードを書いていきます。※コピペして自分のファイルに保存してください。

import sympy 

x = sympy.Symbol('x') 
y = sympy.Symbol('y') 

print(sympy.solve(10*x-4+6*x, x)) #10x-4+6x=0
#出力結果[1/4]   答え　4分の1

問題点

しかし、この方法では、自分で「移項」させなければならず、非常に面倒くさいです。

よく考えてみると、左辺にあるものを右辺に移す際には、「すべてマイナスをかけてやればよい」ので、

コードに中にそれを書き込んで、自動で計算するプログラムにします。

工夫したやり方

自分で移項しないで方程式の問題を解いてみます。

Q 次の方程式を解きなさい。

10x=4-6x

※コピペして自分のファイルに保存してください。

import sympy 

x = sympy.Symbol('x') 
y = sympy.Symbol('y') 

expr1=10*x #左辺
expr2=-(4-6*x)　#右辺 マイナスをかける

print(sympy.solve(expr1+expr2, x)) #xの値を出す
#出力結果[1/4]   答え　4分の1

かっこのある方程式

工夫したやり方で「かっこのある方程式」を解いてみます。

Q 次の方程式を解きなさい。

7x-6=3(x-4)

import sympy 

x = sympy.Symbol('x') 
y = sympy.Symbol('y') 

expr1=7*x-6
expr2=-(3*(x-4))

print(sympy.solve(expr1+expr2, x)) 
#出力結果 [-3/2]       答え　-2分の3

最後に

sympyについて調べていくと、「2次方程式」や「連立方程式」のコードもありました。

気になる人はコピペして試してみてください。

2次方程式

import sympy 

x = sympy.Symbol('x') 
y = sympy.Symbol('y') 

print(sympy.solve(x**2 - 3 * x + 2)) #xの2乗 -3x +2
# [1, 2]

連立方程式

import sympy 

x = sympy.Symbol('x')  
y = sympy.Symbol('y') 

expr1 = 3 * x + 5 * y - 29     #3x+5y-29
expr2 = x + y - 7 

print(sympy.solve([expr1, expr2]))
# {x: 3, y: 4}

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